Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 23
Automatyzacja spekulacji walutowej i giełdowej przestała już kogokolwiek dziwić.
Od lat działają automatyczne szablony witryn internetowych układające zawartość portali z napływających treści. Sztuczne komponowane są według szablonu – scenariusza komentarze sportowe i gospodarcze. Od kilku lat sztuczna spikerka AI występuje w chińskiej telewizji.
W świecie automatycznie kojarzone są informacje z terenu kraju / świata.
W zachodnim Pekinie rozpoczęły się testy autonomicznych taksówek, chińskiego giganta Baidu, bez kierowców ale z biernym udziałem ( w razie zagrożenia może interweniować ) asystenta niekierującego pojazdem. Na razie taksówki obsługują 8 punktów wokół wielkiego parku olimpijskiego Beijing 2022 . Cena przejażdżki wynosi około 20 PLN.
Elektronika i automatyka nie działają w próżni.
Szkoły powinny przekazywać wiedzę i umiejętności uczniom i w nieprawdziwym stereotypowym obrazie to czynią. Według UNESCO (2017) aż sześciu na dziesięciu nastolatków na całym świecie nie posiada podstawowych umiejętności w zakresie matematyki i czytania. Problem kiepskiej edukacji jest więc nie tylko polski.
W Kenii, Tanzanii i Ugandzie aż trzy czwarte uczniów klas trzecich nie umie przeczytać prostego zdania składającego się z kilku słów. Na obszarach wiejskich w Indiach więcej niż połowa uczniów klas trzecich nie umie odjąć liczb dwucyfrowych (Bank Światowy 2018).
Współczynnik skolaryzacji nie koreluje się ze wzrostem gospodarczym ale już efekty kształcenia są statystycznie korzystne dla rozwoju gospodarczego.
Rozwój procesów automatyzacji i cyfryzacji wymaga od zaangażowanych osób wiedzy i doświadczenia. Bez tego jest tylko globalna rola Taniej Siły Roboczej lub co znacznie gorsze rola populacji zbędnych dla procesu globalizacji. Absolwenci polskiej „Wyższej Szkoły Tego i Owego” w rzeczywistości są tanią siłą roboczą bez kwalifikacji. Pseudo edukacja humanistyczna daje „wiedzę” gospodarczo i społeczno bezużyteczną, ale stwarza poczucie wyższości i nieuzasadnione ambicje oraz frustracje. Humaniści aplikując do prostych prac często ukrywają swoje wykształcenie aby nie stać się powodem żartów.
Polska Matura stała się bzdurą, bo zdaje się ją mając tylko 30 % poprawnych odpowiedzi.
Stany Zjednoczone w automatyzacji wojny, prowadzonej od lat pięćdziesiątych, robią kolejne kroki.
DARPA po etapie symulacji zespołowej walki myśliwców prowadzonej przeciwko wrogowi z użyciem AI i uczenia maszynowego ( wspomaganych przez człowieka ) przechodzi do działań realnych z fizycznym użyciem samolotów F-16.
Kupowanie najnowszych myśliwców bez systemu AI i maszynowego uczenia będzie tylko stratą pieniędzy.
Chiny są bardzo mocne w AI i wojna z nimi może momentalnie przerodzić się w konflikt wielkiej skali z użyciem broni jądrowej.
W czasie II Wojny Światowej alianci planowali naloty przy minimalizacji kosztów własnych i maksymalizacji szkód wroga z uwzględnieniem przeciwlotniczych sił obronnych III Rzeszy.
Z kolei Index Siły Bojowej stworzono na potrzeby optymalizacji i planowania właśnie w wojującej III Rzeszy.
Integracja danych on - line z różnych źródeł w czasie rzeczywistym jest podstawą Świadomości Sytuacyjnej. Stąd tak szybko wyposażono militarne systemy naziemne i samoloty w cyfrowe łącza UHF i mikrofalowe.
Podział na elektronikę cywilną i wojskowa jest sztuczny i służy tylko do ogłupiania i zaciemnienia rozważań. Mając własny sektor elektroniczny kraj nie jest skazany na bardzo drogi import militarny. O tym że sprzedawane przez USA samoloty mogą być zdalnie zablokowane mówi się już oficjalnie. Toteż poważne kraje stosują własne oprogramowanie.
Iran zachował się zupełnie niepoważnie stosując w systemie automatycznego sterowania wirówek do wzbogacanie uranu system automatyzacji Siemensa. Dzięki temu Izrael - USA mogły dokonać skutecznego cyberataku na zakład .
W razie konfliktu pierwszą rzeczą którą wykona Rosja to cyberatak na polską infrastrukturę z równoległym atakiem rakietami na krytyczną infrastrukturę, zwłaszcza energetyczną.
Na wykresie pokazano udział europejskich firm o zatrudnieniu powyżej 10 pracowników stosujących „AI” a w gruncie rzeczy różne jej obecne namiastki.
Oczywiście nikt nie wie czy AI będzie tak ważna jak kiedyś para, elektryczność, komputery i internet. Nadzieje są wielkie ale czy się spełnią nie wiadomo. W Europie środki przeznaczone na badania w dziedzinie AI są małe na tle USA i Chin a zatem Europa ciągnie się w ogonie badań i zastosowań AI.
Coraz więcej badaczy zwraca uwagę na następstwa COVID-19 w postaci znacznego spadku sprawności układu nerwowego manifestującego się w spadku zdolności do koncentracji i zaburzeń pamięci krótkotrwałej. Koncentracja i pamięć są niezbędne w pracy ale także w domu i w czasie wypoczynku. U części ozdrowieńców występują też efekty szoku pourazowego. Zatem należy się spodziewać spadku wydajności pracy umysłowej u części populacji. Efekty te mogą być zneutralizowane właśnie szerokim stosowaniem AI w firmach.
Odległym skutkiem zdrowotnym jest także spadek ogólnej sprawności wywołany pogorszeniem funkcjonowania układu oddechowego. Zatem kraje polegające w produkcji na pracy fizycznej długofalowo również stracą część swojego atutu.
W Polsce wiele ofiar było wśród osób niezakażonych. W przypadku udaru mózgu i zawału serca szybkość pomocy lekarskiej decyduje o stanie chorego. Gdy pomoc nadchodzi późno uszkodzenia są nieodwracalne lub następuje śmierć. Ozdrowieńcy też stanowią niepełnowartościową siłę roboczą.
Celem planowania i rzetelnej realizacji polityki gospodarczej Państwa jest budowa wiedzy, kompetencji i międzynarodowej konkurencyjności firm a w rezultacie ich pozycji i zysków.
Szybko rozwijająca się kiedyś Japonia nie polegała wyłącznie na inicjatywie gospodarczej przedsiębiorców. Większym zasobem informacji dysponuje sprawne państwo.
Japońskie Ministerstwo Handlu Międzynarodowego i Przemysłu ( słynne MITI ) zatrudniało przez dekady około 20 tysięcy osób. Dobrze predykowano rozwój technologii i światowego rynku a w tym kontekście potrzeby i wyniki własnych sektorów przemysłu. Rozwój zapewniano stosując odpowiednie regulacje, synergie i lewary.
W takim kontekście działania polskiego rządu są puste, jałowe i gołosłowne.
W świecie cały czas poszukuje się nowych materiałów ( za ScienceDirect ) dla elektroniki. Dobrze rokuje ponad sto materiałów ! Grafen jest już przemysłowo produkowany po znośnych cenach. W USA inwestorzy do nowych wynalazków zachęcani są rządową pomocą finansową.
Duże wydatki na D&R nie oznaczają automatycznie rozwoju szczególnie w krajach skorumpowanych gdzie dotacje są powszechnie defraudowane. Ale bez nich rozwoju na pewno nie będzie. Po latach nakłady na D&R zwracają się w polepszeniu pozycji w wartości dodanej w łańcuchu produkcji oraz lepszych przychodach, wynagrodzeniach i zyskach.
Wytworzone metodami nanotechnologii Transition Metal Dichalcogenides (2D TMDs) już można zastosować w kondensatorach o ogromnej pojemności, w sensorach gazu, detektorach światła, przyrządach piezoelektrycznych, w biosensorach i przyrządach elektronicznych.
Przebiciu uległa izolacja starego kabla WN.
Wskutek uderzenia pioruna zapalił się zwarciowy łuk na izolatorze i linie należy na chwile odłączyć ( Recloser czyli Samoczynne Ponowne Załączanie ) od zasilania dla zgaszenia łuku.
Koparka przy nieaktualnej dokumentacji infrastruktury uszkodziła kable.
Transformator dla którego rozłączane rutynowe zwarcia były bezpieczne, miał po dekadach pracy, słabą już mechanicznie izolacje i po przemieszczeniu uzwojeń przez siły przy prądach zwarciowych wystąpiły zwarcia i zapłon transformatora oleju i izolacji.
Izolacja przewodu przy wtyczce sieciowej domowego gniazda uległa uszkodzeniu skutkiem wielokrotnego zginania.
Przepalająca się żarówka spowodowała zwarcie. Scenariuszy awarii jest nieskończoność.
Pierwszy bezpiecznik topikowy wymyślił, opatentował ( 1890 ) zastosował Edison właśnie do żarówki.
Energetyczne sieci przesyłowe i sieci dystrybucyjne Wysokich Napięć pracują normalnie w układach zamkniętych zapewniających wysoką niezawodność zasilania. Po awarii wyłączniki izolują uszkodzenie i mogą zmienić konfiguracje fragmentu sieci na otwartą ale ogromna większość odbiorców nadal jest zasilana.
Szczególną rolę bezpieczniki spełniają w systemach redundantnych między innymi w samolotach i na statkach. Muszą bezpiecznie odłączyć miejsce z uszkodzeniem aby system po rekonfiguracji dalej miał zasilanie i pracował.
W wyłączniku sieciowym ( CB – Circuit Breaker ) do sieci przesyłowych i dystrybucyjnych łuk między rozłączanymi stykami gasi współcześnie SF6 czyli sześciofluorek siarki. Dawniej stosowano w wyłącznikach olej. Do średnich napięć popularne są wyłączniki próżniowe. Wyłączniki wysokonapięciowe są pojedyncze. Potężny wyłącznik NN jest drogi i rozłączenie każdego zwarcia ma swoją określoną cenę. Sytuacja gdy podano rozkaz wyłączenia trzech CB na NN a któryś CB nie zadziałał wymaga dodatkowej akcji awaryjnej ponieważ nieodłączenie jednej fazy z uziemionym punktem zerowym jest niebezpieczne dla generatorów synchronicznych i silników.
Zwróćmy uwagę że powodujące szkodliwe spadki napięć indukcyjności rozproszenia transformatorów i indukcyjności linii pozytywnie ograniczają prądy zwarcia. Dla ciężkich linii przesyłowych X/R >5. Rezystancja linii i transformatorów ma znaczenie dla niskich napięć.
Zwartej budowy trójfazowy CB na niskie napięcie ma obudowę z odpowiedniego plastiku. Równolegle elektrycznie i mechanicznie ma styki „opalane” dokonujące rozłączenia z przerwaniem łuku i styki właściwe które są milisekundy wcześniej mechanicznie rozłączone ale nie zapala się na nich łuk i z tego powodu bardzo długo są w dobrym stanie.
Niskonapięciowy CB a także domowy bezpiecznik instalacyjny może być zwłocznie wyzwalany nagrzewanym bimetalem lub szybciej elektromagnesem lub operowany zdalnie / lokalnie elektromagnesami.
Silna sprężyna z energią do operacji napinana jest silniczkiem z przekładnią, bardzo silnym elektromagnesem lub przez człowieka. Bez napiętej sprężyny ( analog uzbrojenia – przeładowania broni w technice militarnej ) rozkaz załączenia nie zostanie wykonany.
Z CB często zintegrowany jest kompaktowy przekładnik prądowy. CB może mieć elektroniczną wkładkę ( dawnej analogową a obecnie z mikrokontrolerem ) i dokonać rozłączenia według zaprogramowanej mu krzywej. Linkiem może podawać mierzone napięcia i prądy oraz swój stan.
Popularne są bezpieczniki termiczne dedykowane do silników asynchronicznych uwzględniające to że silnik przy rozruchu pobiera chwilowo duży prąd aż do 7 In. Gdy silnik utknie przy mechanicznym przeciążeniu, bezpiecznik ochroni silnik przy próbie rozruchu ale takie incydenty nie są obojętne dla trwałości przegrzanej izolacji silnika. Microswitch na bezpieczniku podaje sygnał awarii do kontrolera PLC. Największe silniki asynchroniczne o mocach kilku megawatowych na obroty ( synchroniczne) 3000 na minutę mają tak ciężki rozruch że normalnie wolno je włączać raz na godzinę !
Urządzenia gdzie przebicie izolacji ( na przykład silnika ) stwarza zagrożenie porażeniem człowieka, są uziemione. Prąd zwarcia powinien spowodować wyzwolenie bezpiecznika lub wyłącznika róznicowoprądowego.
Na prądy mniejsze niż CB produkowane są kontaktory. One same nie mają funkcji bezpiecznika. O ile CB sterowany jest dynamicznie jak przerzutnik RS to kontaktor sterowany jest statycznie i przy załączeniu cały czas pobiera moc. Wzbudzony kontaktor na prąd 500A może pobierać około 40 W mocy.
Produkcje wyłączników CB i różnych bezpieczników najwcześniej podjęto w krajach przodujących w elektryfikacji. W USA litery AG z cyfrą w nazwie bezpiecznika topikowego oznaczają kolejną generacje ( cyfra ) bezpiecznika szklanego do samochodu od Auto Glass. AB to odpowiednio obudowa bakelitowa.
W układach elektronicznych bezpieczniki topikowe zdolne są jedynie do ochrony standardowych diod ( ale już nie delikatnych ultrafast ) oraz tyrystorów. Wolne diody i tyrystory mają bowiem potężną przeciążalność impulsowa. W pozostałych wypadkach bezpieczniki topikowe chronią przed pożarem lub izolują zwarcie od części urządzenia. Na przykład jedną z wielu kart peryferyjnych które wymienia się w czasie pracy systemu.
W bezpieczniku topikowym prąd płynie przez nagrzewany drut, pasek, cienkościenną metalową rurkę lub zlutowane druciki. Bezpiecznik może mieć wypełnienie substancją polepszającą odprowadzanie ciepła i gaszącą łuk elektryczny.
Bezpieczniki według starej normy IEC127 i obecnej IEC 60269 mają charakterystykę zwłoczną, szybką i bardzo szybką.
IEC 60269-1 – Low-voltage fuses – Part 1: General requirements
IEC 60269-2 – Low-voltage fuses – Part 2: Supplementary requirements for fuses for use by authorized persons (fuses mainly for industrial application) – Examples of standardized systems of fuses A to I
IEC 60269-3 – Low-voltage fuses – Part 3: Supplementary requirements for fuses for use by unskilled persons (fuses mainly for household and similar applications) – Examples of standardized systems of fuses A to F
IEC 60269-4 – Low-voltage fuses – Part 4: Supplementary requirements for fuse-links for the protection of semiconductor devices
IEC 60269-5 – Low-voltage fuses – Part 5: Guidance for the application of low-voltage fuses
IEC 60269-6 – Low-voltage fuses – Part 6: Supplementary requirements for fuse-links for the protection of solar photovoltaic energy systems
Norma rekomenduje testy:
1. Temperature rise & power dissipation test
2. Non-fusing & Fusing test
3. Verification of rated current test
4. Overload test
5. Verification of Time Current Characteristics and Gates
Spadek napięcia przy prądzie nominalnym na bezpieczniku w ramach danej obudowy maleje wraz prądem nominalnym. I tak nominalny „zimny” spadek napięcia na zwłocznym bezpieczniku 0.125A w obudowie 5 x 20 mm typowo wynosi aż 2.6 V a na bezpieczniku na prąd 20 A tylko 100 mV. Z powodu nagrzewania i termicznego współczynnik rezystancji, oporność bezpiecznika przy prądzie nominalnym jest typowo dwukrotnie większa niż chłodnego.
Temperaturę obciążonego bezpiecznika można skontrolować termokamerą lub po bezpiecznym wyłączeniu palcem.
Przy krótkim impulsie prądu przeciążenia można pominąć odprowadzenie ciepła z elementu topionego bezpiecznika i stopienie elementu zajdzie przy dostarczeniu mu określonej energii scharakteryzowanej przez całkę I2t. W trakcie nagrzewania silnie wzrasta też oporność elementu rozwierającego i dodatkowo wydzielana moc. W obwodzie bardzo niskiego napięcia gdzie nie zapali się łuk bezpiecznik po impulsie mocy I2t przerwie chroniony obwód ale w obwodzie z większym napięciem zapali się łuk ! Tylko odpowiednia konstrukcja bezpiecznika szybko zgasi ten łuk nawet przy bardzo dużym jego prądzie. Bezpiecznik jest też scharakteryzowany wielkością maksymalnego rozłączonego prądu zwarcia czyli zdolność rozłączeniowa.
Dla danej obudowy bezpiecznika ten maksymalny rozłączany prąd maleje (!) wraz z nominalnym prądem bezpiecznika. Prąd ten też szybko maleje wraz z napięciem w rozłączanym obwodzie.
Przykładowy bezpiecznik 5x20 mm w instalacji 125V ma zdolność rozłączeniową 10 000 A ale już w instalacji 250V tylko 30 A. Bezpiecznik topikowy o dużej zdolności rozłączeniowej ogranicza prąd zwarcia !
Bezpiecznik do sieci WN 115KV, wyglądu zbliżonego do izolatora WN, którym dołączony jest przekładnik napięcia nie dopuści do znacznego narośnięcia prądu zwarcia w rozdzielni gdzie prąd może być rzędu 50 kA. Po prostu momentalnie odłączy chroniony obwód i nie ma potrzeby natychmiastowego odłączania napięcia w sieci wskutek uszkodzenia przekładnika.
Obwód amperomierza w mierniku jest chroniony specjalnym bezpiecznikiem o bardzo dużej zdolności rozłączeniowej. Gdy omyłkowo miernikiem ustawionym jako amperomierz zmierzymy napięcie 400V lub większe obwodu o wielkim prądzie zwarcia to odpowiedni bezpiecznik zadziała i przerwie obwód. Uratuje miernik i zapobiegnie zranieniu lub śmierci człowieka. Toteż nie wolno dać tam przypadkowego bezpiecznika !
Zwróćmy uwagę że identyczny jak bezpiecznik zdefiniowany parametr zwarciowy I2t mają diody i tyrystory. Tylko że w przypadku bezpieczników mowa tylko jest o prądzie do momentu zapalenia łuku !
Oczywiście tyrystor lub dioda o takim samym parametrze I2 t jak bezpiecznik nie są przez ten bezpiecznik chronione. Dla bezpieczników bardzo szybkich parametr I2t winien być typowo trzykrotnie mniejszy niż parametr tyrystora czy diody aby istniała szansa ochrony.
Amerykański koncern Littelfuse jest pionierem w produkcji bezpieczników topikowych do elektroniki i ma też ich najszerszy wybór. Zakres prądów nominalnych wynosi od 2 mA (!) do 40 A. Zakres zdolności rozłączeniowej wynosi 24 – 10 000 Amper przy napięciach 32 – 1000 V.
Bezpieczniki na małe prądu ale o dużej zdolności rozłączeniowej używane są do ochrony niektórych obwodów sygnałowych. Przykładowo sensor może pracować w elektrolizerze zasilanym prądem liczonym w Kiloamperach przy napięciu do 800Vdc. Oczywiście interfejs pomiarowy do tego sensora jest izolowany ale skutki zwarcia w obwodzie sygnałowym pod dużym sztywnym napięciem mogą być tak poważne że stosuje się też izolujące awarie bezpieczniki.
Koncern Littelfuse oferuje bezpieczniki w standardowych obudowach SMD: 0402, 0603, 1206, 2410, 4012, 4818 ale także we własnych obudowach SMD. Oczywiście zdolność rozłączeniowa maleńkich bezpieczników jest znikoma ale tam gdzie on są stosowane większa nie jest potrzebna.
Do obwodów drukowanych bezpieczniki są też w przewlekanych obudowach metalowo - ceramicznych oraz plastikowych. Oczywiście są też bezpieczniki „szklane” rozmiaru 3.6x10 mm , 4.5x14.5 mm (2AG), 5x20mm, 6.3x32 mm (3AG / 3AB ). Bezpieczniki „szklane” ( także rurki ceramiczne ) mogą mieć wyprowadzenia drutowe do wlutowania w płytę drukowaną PCB i gniazdo bezpiecznika staje się zbędne. Warto jednak pamiętać ze gniazda odprowadzają ciepło trochę zmniejszając temperaturę bezpiecznika.
Bezpieczniki produkowane są w gigantycznych seriach i koszt cieniutkiego pozłocenia lub rodowania kontaktów jest znikomy a bezpiecznik wygląda elegancko zwłaszcza gdy jest wykonany z kolorowej ceramiki
Dane wszystkich bezpieczników Littelfuse są w grubym katalogu.
Poniżej jedna strona z przeglądem rodzin bezpieczników.
Sieciowy bezpiecznik urządzenia elektronicznego winien być jak najniżej zwymiarowany z dwóch powodów.
Po pierwsze aby zawsze zadziałał przy zwarciu asymetrycznym Y gdzie prądy zwarć są niewielkie na tle zwarć symetrycznych a po drugie zdolność rozłączeniowa rodziny bezpieczników rośnie ze spadkiem prądu nominalnego.
Wybór bezpiecznika jest zadaniem karkołomnym. Zwymiarowany za wysoko może doprowadzić do pożaru dlatego że prąd zwarcia asymetrycznego Y może być zbyt mały do szybkiej aktywacji bezpiecznika ! Zwymiarowany za nisko będzie działał bez powodu narażając producenta na koszta serwisu w okresie gwarancji i utratę marki po okresie gwarancji.
Próg działania bezpiecznika po kolejnych impulsach załączania urządzenia czyli ładowania kondensator prostownika bardzo powoli spada czyli bezpiecznik się zużywa ! To że bezpiecznik wytrzymał 100 włączeń nie oznacza że nie uszkodzi się bez powodu po 10 latach codziennego włączania
W prostowniku sieciowym z kondensatorem impuls prądu ładowania ogranicza rezystor lub mniej stratny termistor NTC i trochę dławiki przeciwzakłóceniowe i ESR samego kondensatora. Impuls prądu ładowania jest jednak bardzo duży.
Produkowane masowo, tanie diody „plastikowe” ( coraz częściej w obudowach SMD ) do prostowników sieciowych mają bardzo dużą przeciążalność.
Podano typ, prąd nominalny Iav oraz maksymalny prąd impulsu sinusoidalnego o czasie trwania 10 ms czyli o częstotliwości sieciowej 50Hz. Dla USA czas półsinusoidy wynosi 8.33 ms.
1N400X 1A 30/50A
1N540X 3A 200A
BY550 5A 300A
P600 6A 400 A
10A 10A 600A
Dla odmiany ultraszybkie krzemowe diody epitaksjalne i diody z SiC mają niską przeciążalność. Toteż przykładowo w układzie PFC droga, delikatna dioda UltraFast jest chroniona przed impulsem prądu ładowania obejściową tanią, wolną diodą plastikową.
Stosowane są też aktywne układy zmniejszające groźny impuls prądu ładowania kondensatora prostownika.
Przed prostownikami pojemnościowymi stosuje się bezpieczniki zwłoczne aby tolerowały one właśnie impuls prądu ładowania. Parametr I2t tego konkretnego impulsu dla prostownika jednofazowego zależy od przypadkowego kąta fazowego załączenia zasilania. Wielkość I2t można ocenić oscyloskopem cyfrowym rejestrującym prąd załączenia lub włączając w szereg z zasilaniem odpowiednią żarówkę na 6 lub 12V. Jej włókno nagrzewa się od impulsu podobnie jak element w bezpieczniku ale mocniej w skali temperatury.
Żarówka najmocniej rozjarzy się przy włączeniu zasilania tuż przed maksimum napięcia sieciowego.
Kolejne impulsy prądu odrobinę zużywają żywotność bezpiecznika. Parametry tego mechanizmu zużycia nie są podawane przez producentów. Bezpieczniki nie powinny bez powodu działać i muszą wytrzymać przynajmniej kilkanaście tysięcy załączeń do sieci. Coraz więcej urządzeń nie na wyłączników sieciowych. Wyłącznika sieciowego nie mają często odbiorniki TVC LCD – LED i zasilacze do laptopów, smartfonów i innych urządzeń.
W urządzeniach bez wyłączników o większym poborze mocy, celowe jest użycie dwóch bezpieczników wlutowanych w PCB umieszczonych osobno w liniach L i N.
Przepalenie bezpiecznika w urządzeniach elektronicznych ( poza przypadkiem ochrony energoelektronicznych diod i tyrystorów pracujących on – line ) oznacza uszkodzenie urządzenia. Z tego względu celowe jest stosowanie wlutowanych na PCB bezpieczników bez podstawki co też pozwala oszczędzić na kosztach produkcji. Pamiętać jednak należy że podstawka bezpiecznika trochę zmniejsza temperatura nagrzewania się bezpiecznika.
Dawno temu gdy odbiornik radiowy lub TV miały przełącznik napięcia sieciowego 110/127/220 Vac bezpiecznik ochronił urządzenie przy niewłaściwym, za niskim, nastawieniu przełącznika napięcia bowiem nasycał się transformator połowicznie chroniąc lampy elektronowe.
Dość często publikowane są dane na temat niezawodności samochodów. Informacje pochodzą z serwisów obsługujących i naprawiających samochody. Koncerny samochodowe wzywają też nabywców na profilaktyczne naprawy w sytuacji gdy zagrożone jest bezpieczeństwo pasażerów. Wiele Polaków dziwi się jak można wypuszczać takie niedoróbki ! Osoby te żyją w para państwie które od dużego koncernu samochodowego jest organizacyjnie słabsze dziesiątki razy. To klasyczny przykład ciemnoty lub dysonansu poznawczego.
Nowe silniki są katowane na hamowniach aby poprawić ich ujawnione wady. Prowadzone są niszczące testy bezpieczeństwa. Przy nowych rozwiązaniach automat testowo pół miliona razy otwiera i zatrzaskuje drzwi samochodu. I tak dalej.
Polska dokumentacje - licencje produkcyjną Pobiedy M20 nazwanej Warszawą dostała od ZSRR ale już za oprzyrządowanie produkcji słono zapłaciliśmy. Produkcja osiągnęła tylko cząstkę ( ca 30% ) zaplanowanej wielkości przy ogromnej, niezredukowanej pracochłonności. Potem Polska kupiła licencje na Fiaty 125 i 126. Rodzimego projektu były tylko tragiczne złe samochody Syrena.
„Polacy chcą produkować Syrenkę ale jeździć Mercedesem”
Od praktycznie trzech dekad nie ma polskiej firmy produkującej samochody osobowe.
Od dwóch dekad nie ma polskiej firmy produkującej masowo elektronikę.
Masowa produkcja wymaga wcześniejszych zamówień – uzgodnień z dostawcami. W przypadku finalnego złożonego produktu składającego się z wielkiej ilości elementów rzeczą zupełnie normalną jest „awaryjne” użycie innych elementów zamiast przewidzianych, na przykład standardowego od innego dostawcy.
Obecny samochód elektryczny po zapłonie musi się doszczętnie spalić co wynika z własności użytych ogniw litowo – jonowych. Nie ma jeszcze sposobu na pewne ugaszenie płonącego EV. Przy zwarciu obwód mocy musi być pewnie rozłączony odpowiednim bezpiecznikiem co zmniejsza szanse inicjacji pożaru. Prowadzenie z takich resztek spalonego samochodu śledztwa celem ustalenia co się stało jest bardzo trudne.
Radzieckie i licencyjne polskie lampowo - tranzystorowe odbiorniki TVC „Rubin” po uszkodzeniu się dymiły i czasem się zapalały. Żartowano że w komplecie z odbiornikiem powinna być też umocowana do niego gaśnica.
Światowa transformacja energetyczna stwarza zapotrzebowanie na energoelektronikę wszelkich mocy. Od stu watów do gigawatów. Energie nade wszystko trzeba oszczędzać !
General Electric zainspirowany drożejąca w czasie pierwszego kryzysu energetycznego ropą a w ślad za nię energią elektryczną stworzył w 1976 roku, po podstawowych badaniach, Compact Fluorescent Lamp (CFL) czyli świetlówkę kompaktową o dużo większej sprawności świetlnej niż zwykła żarówka. Jednak konieczność budowy nowej fabryki za 25 mln dolarów ( obecnie ta suma śmieszy ) zniechęciła koncern. Philips w 1980 roku wprowadził na rynek świetlówkę kompaktową wkręcaną w gniazdo E27 zwykłej żarówki ze stabilizującym żelaznym dławikiem 50 Hz jak w zwykłej świetlówce. Kompaktowa świetlówka ważyła ponad 0.5 kg i nie przyjęła się na rynku. Czas jej pełnego rozświetlenia dochodził do 3 minut ( konieczne dla żywotności luminoforu ) i mrugała jak zwykłe świetlówki.
Dopiero innowacyjny zachodnioniemiecki Osram w 1985 roku wypuścił pierwsze świetlówki z elektronicznym stabilizatorem czyli z inwerterem pracujacym z częstotliwością circa 35 KHz . W okresie lat 1978-2013 właścicielem Osram był potężny Siemens.
Wysokonapięciowe tranzystory mocy pojawiły się na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ale długo były drogie mimo iż koszt ich produkcji nie odbiegał specjalnie od tranzystorów niskonapięciowych.
Można się domyślać że Siemens produkujący mikroelektronikę a w tym tranzystory wysokonapięciowe doszedł do wniosku że wcale nie muszą one drogie w umasowionej produkcji.
Schemat CFL Osram ( na rysunku model o mocy 21 W z 2005 roku ) niewiele zmieniał się w ciągu dekad od 1985 roku. Tranzystory bipolarne sterowane były prądowo transformatorem ma małym rdzeniku toroidalnym. Dolnemu tranzystorowi impuls startowy dostarczał blokowany diodą ( przy pracy ) generator z diakiem. Pół - rezonansowy konwerter pracował w układzie szeregowo – równoległym. Inni producenci skopiowali rozwiązanie firmy Osram.
Produkowano później tanie wysokonapięciowe układy CMOS do sterowania Mosfetów w inwerterze CFL. Rozwiązanie to było droższe i nie miało w zasadzie żadnych zalet nad tranzystorami bipolarnymi.
Obecnie fabryczne ceny „żarówek” LED spadły poniżej 2 dolarów. Mają prostsza elektronikę niż CFL ale droższe są diody LED niż lampy wyładowcze. Produkowane zoptymalizowane układy scalone do nie izolowanych zasilaczy impulsowych do lamp LED mają wewnętrzny tranzystor kluczujący Mosfet na napięcie Uds=600V. Współczynnik pobieranej mocy budzi zastrzeżenia ale zniekształcenia pobieranego prądu jednak obniżono.
W 1971 roku znane były wszystkie przyrządy półprzewodnikowe oprócz przeoczonego tranzystora IGBT. Dojrzałe do praktycznego zastosowania modele tranzystorów IGBT pojawiły się na początku lat dziewięćdziesiątych ale są one dalej doskonalone. Ich bardzo poważną wadą jest proces przeciągania prądu po wyłączeniu. Przeciąganie powoduje że straty energii przy wyłączaniu są duże i częstotliwość modulacji PWM jest mocno ograniczona. Tranzystory IGBT szybko stały się koniem roboczym energoelektroniki wypierając rozwijające się tranzystory Darlingtona.
Szybkość przełączania tranzystora IGBT spada wraz z napięciem maksymalnym. W zakresie dużych mocy IGBT wyparły wyłączalne tyrystory GTO w których też występuje podobne przeciąganie prądu po wyłączeniu a których dodatkową wadą była konieczność stosowania stratnych snubberów RCD. Tyrystory GTO z rozwiniętą bramką do szybkiego wyłączania opracowany ( integrated gate commutated thyristor IGCT) przez Mitsubishi - ABB są dalej produkowane i tylko trochę gorsze od IGBT. Sensowna częstotliwość modulacji PWM jest mniejsza od 1 KHz i konieczne jest w zakresie wielkich mocy dla ograniczenia pulsacji prądu stosowanie skomplikowanych inverterów wielopoziomowych.
Wysokonapięciowe tranzystory IGBT oraz tyrystory IGCT są podatne na promieniowanie kosmiczne i celem zmniejszenia tej podatności modyfikowana jest produkcja. W żadnym razie nie mogą one pracować przy napięciach bliskich przebiciu dłużej niż mikrosekundę czyli tylko w czasie przepięć komutacyjnych !
O tym że SiC jest dobrym materiałem do energoelektroniki, znacznie lepszym od krzemu, wiadomo jest od dawna. Krzemowe tranzystory IGBT wydawały się jednak spełniać oczekiwania aż do popularyzacji samochodu elektrycznego ! Badania w laboratoriach koncernów są inspirowane biznesem. Gdy pojawiła się możliwość zarabiania dużych pieniędzy to znaleziono technologie do produkcji tranzystorów w trudniejszych niż krzem materiałach SiC i GaN. Samochodowy inwerter w tych technologiach jest lepszy, sprawniejszy i nade wszystko mniejszy i lżejszy.
Możliwe więc że zadowolenie z tranzystorów IGBT opóźniło badania nad SiC i GaN.
Tranzystory Mosfet i IGBT w inwerterach sterowane są dynamicznie w momencie ładowania i rozładowania pojemności bramki. Dla szybkich przyrządów stosunek prądu drenu / kolektora do szczytu impulsu prądu bramki czyli „wzmocnienie” prądowe wynosi 5-10 razy. Natomiast dla największych modułów IGBT na napięcie 3.3 - 4.5 KV wynosi do 50 - 100 razy jako że czas przełączania jest długi i szybkie sterowanie bramki nie ma praktycznego sensu.
Potężne moduły tranzystorów IGBT są drogie i driver bramki sam musi zapobiec uszkodzeniu tranzystora nawet przy potencjalnie możliwym wadliwym sterowaniu przez mikrokontroler.
Pierwsze dojrzałe komercyjne tranzystory power Mosfet wyprodukował International Rectifier wchłonięty niedawno przez Infineon.
On też pod koniec lat osiemdziesiątych opracował technologie CMOS 600V ( później 1200 V ) do udanych driverów bramek tranzystorów Mosfet.
Produkowane masowo trójfazowe mostki IGBT 600V / 20 A ( nazwa International Rectifier - IRAM ale każdy duży koncern energoelektroniczny produkuje ) ze zintegrowanym driverem bramek i układem zabezpieczającym mają przemysłową cenę około 10 Euro co czyni możliwą masową produkcje faktycznie energooszczędnego sprzętu AGD z inverterami do silników synchronicznych lub BLDC. Inverter stanowi faktycznie zewnętrzną część silnika zintegrowaną z nim, co zapobiega emitowaniu zakłóceń przez łączące przewody.
Niestabilna generacja panelami PV i wiatrakami destabilizuje obecny system energetyczny.
"Elastyczność krajowego systemu energetycznego zbliża się do wartości granicznych - musimy dbać o jego równowagę... Chcemy wspierać autokonsumpcję (zużycie energii w miejscu wytworzenia), żeby za bardzo nie przeciążać systemu" - wiceminister Anna Kornecka 4.05.2021.
Na wykresach pokazano Zieloną generacje w kwietniu 2021 roku.
Najbogatsze 10 % ludności świata ( około 630 milionów ) odpowiadało za 52 % łącznych emisji dwutlenku węgla w latach 1990–2015. Natomiast najbogatsze 1 % (około 63 milionów ludzi) odpowiadało aż za 15 % łącznych emisji. To dwa razy więcej niż wyemitowała najbiedniejsza połowa ludzkości czyli około 3,2 mld ludzi. Rola bogatych w globalnym ociepleniu jest tylko symptomem szerszego zjawiska: to ich konsumpcja w znacznej mierze spowodowała kryzysy ekologiczne, których rozwiązanie leży głównie w ich rękach. Tymczasem setki milionów ludzi wciąż cierpią skrajne ubóstwo i są narażone na negatywne skutki zmian klimatycznych.
Od 30 lat potężna nadprodukcja słabej jakości odzieży i obuwia pochłania ogromną ilość surowców, paliw kopalnych oraz wody. Ale firmy handlujące odzieżą i obuwiem mają gigantyczne marże i zależy im na tym aby ubrania były nietrwałe i aby klienci ciągle kupowali nowe. Ogromna marża handlowców buduje nadmuchane PKB bogatych państw.
Co ciekawe Chińczycy kupują u siebie trwałą odzież i obuwie uważając że są za biedni i nie stać ich na jednorazową tandetę.
Potrzebujemy również znacznie lepszego budownictwa. Dodatkowe koszty do poniesienia na oszczędne energetycznie budynki są naprawdę niewielkie i jak najbardziej opłacalne.
Sprawdzenie
Od 30 lat antyrównolegle do prawie każdego tranzystora IGBT ( tranzystory bez diody są mniej popularne ) jest przyłączona, wykonana innym procesem ultra szybka dioda aby klucz był dwukierunkowy co jest konieczne w większości zastosowań. Niemiecki półprzewodnikowy koncern Infineon wynalazł parę lat temu innowacje na integracje monolityczną tranzystora IGBT i diody.
Ekonomicznie uzasadniona wielkość każdego chipa wynika z gęstości wad na jednostkę powierzchni i kosztów obudowy. Rzadko w modułach dużej mocy gdzie łączy się tranzystory IGBT równolegle chipy tranzystorów mają powierzchnie większą niż 1 cm2.
Oczywiście zintegrowana para tranzystora i diody małej mocy (!) jest tańsza niż osobne dwa elementy !
-Wyjaśnij działanie tego elementu.
-Czy stosowanie tego rozwiązania ma sens gdy chipy w module łączy się równolegle ?
1.Używając zasilacza o nastawionym prądzie 2.75 A sprawdź czy tani bezpiecznik 1 AT poprawnie ( w załączeniu PDF do niego ) działa. Jego parametr I2T równy jest 1.7 A2sec. Rosnące wskutek nagrzewania i wzrostu oporności napięcie na bezpieczniku można obserwować DVM zasilacza, oscyloskopem i tylko z grubsza termokamerą.
-Przy jakiej orientacyjnie temperaturze elementu aktywnego działa bezpiecznik ?
-Jaki może być użyty materiał aktywny tego bezpiecznika ?
2.Kondensator elektrolityczny 220uF/450 V ( typowy kondensator elektrolityczny prostownika zasilacza sieciowego SMPS ) jest co circa 10 sekund ładowany w jednym półokresie przez załączany w szczycie napięcia sieciowego ( dla bezpieczeństwa izolujący transformator 1:1 400 VA ale osłabiając impuls prądu mocno zakłóca on test bezpieczników i realny dobowy test jest bez transformatora ) czuły tyrystor TLS106. Prąd ładowania kondensatora ograniczony jest rezystorem 4.7 Ohm. Kondensator rozładowany jest równoległą do niego błyskającą żarówką 100W i dla bezpieczeństwa rezystorem z szeregowym sygnalizacyjnym LED-em. Zimna żarówka 100W-230Vac ma małą oporność i prąd jej momentalnego rozżarzenia podnosi amplitudę pobieranego impulsu prądu „łądowania”. Impuls prądu ładowania kondensatora płynie przez 20 szeregowych testowanych bezpieczników sieciowych 5x20 mm, rezystor 0.1 Ohm spadek napięcia z którego podano do oscyloskopu DSO oraz wybieraną żarówkę na 12V. Spadek napięcia na rezystorze 0.1 Ohm i żarówka na 12 V pokazuje też prąd ładowania i I2t dowolnych urządzeń elektronicznych dołączonych do gniazda sieciowego i załączanych wyłącznikiem w przypadkowym momencie.
-Jak mocno rozjarzy się włókno żarówki halogenowej 12W-50W ( jej PDF w załączeniu ) przy ładowaniu kondensatora 220 uF w szczycie napięcia sieciowego ? Ponieważ dane żarówki są niekompletne można oscyloskopem zarejestrować napięcie w czasie rozjarzania się żarówki przy podaniu jej prądu 3Adc z zasilacza i z tego przebiegu wyliczyć potrzebne parametry elektrotermiczne.
-Jakiej mocy powinna być żarówka na 12V aby impuls prądu ładowania kondensatora ją rozświetlał ale jej nie przepalił od razu ? Z czego wynika niewielki zakres mocy nominalnej żarówki między choćby odrobiną rozżarzenia a przepaleniem żarówki ?
-Jaka jest przybliżona funkcja gęstości prawdopodobieństwa impulsu I2t ładowania kondensatora przy przypadkowym załączaniu zasilacza do sieci ?
-Układ sterujący w szczycie sinusoidy co circa 10 sekund załączający tyrystorek TLS106 z układem scalonym CMOS jest bardzo prosty. Ponieważ pobiera znikomy prąd wystarczy napięcie sieciowe obniżyć rezystorem i jest „zasilacz” z synchronizacją. Zaproponuj własne rozwiązanie !
N.B. Układ powstał z konkretnej potrzeby testowej bezpieczników 5x20 mm ponad 20 lat temu i znakomicie się sprawdził. Wybrano najmniejszy nominał bezpiecznika, który jednak wytrzymywał mnóstwo załączeń seryjnie produkowanych urządzeń. Żadne z nich nie zainicjowało pożaru !
W ciągu testowej doby bezpiecznikom podano 24 h x 3600 sec/h / 10 = 8640 najsilniejszych impulsów jakie mogły przy załączaniu dostać bezpieczniki czyli ekwiwalent dużo większej ilości rzeczywistych impulsów przy załączaniu. Wentylator chłodził nagrzewające się bezpieczniki.
3.W układzie trzy równolegle połączone tyrystory w plastikowych obudowach TOP3 po naciśnięciu przycisku podają napięcie z naładowanego kondensatora 470uF/450V o katalogowej rezystancji ESR 0.25 Ohm na testowany obiekt. Czas załączania tyrystorów przy bardzo silnym impulsie bramki jest bardzo mały czyli nieistotny. Zwinięty kawałek drutu to dławik indukcyjności circa 6 uH ograniczający stromość narastania prądu di/dt tyrystorów aby niepotrzebnie dynamicznie nie obciążała tyrystorów przez które płynie silny impuls prądu z rozładowanego kondensatora.
Prąd w obwodzie monitorowany jest oscyloskopem na bezindukcyjnym oporniku 10 mOhm.
Napięcie z regulowanego autotransformatora poprzez izolujący transformator 1:1 ( bez obciążenia on oczywiście podnosi napięcie ) diodę i szeregowo połączone żarówki na 230Vac i 12 Vdc ładuje kondensator do ustawionego napięcia ( prostowanie szczytowe ) i kontrolowane jest przez DVM. Maksymalnie napięcie na kondensatorze wynosi ca 400 Vdc a zgromadzona energia w nim 37.6 Joula.
„Zwierany” impulsowo kondensator elektrolityczny niestety bardzo powoli traci pojemność i eksperymenty należy prowadzić rozważnie.
Na oscylogramie pokazano impuls prądu rozładowania kondensatora w układzie przy napięciu kondensatora Uc=300Vdc gdy obiektem któremu podano testowy impuls jest specjalny wytrzymały rezystor 0.1 Ohm. Impuls prądu po ca 45 us osiąga maksymalną wartość 770 A. Od razu widać że impuls prądu nie bardzo odpowiada obwodowi RLC z idealnym kondensatorem. Dokładny model kondensatora elektrolitycznego jest niestety dość złożony. I to jest ilustracja tego faktu.
Włóż pęsetą ( aby nie zabrudzić kontaktów bo wymagany jest dobry kontakt dla potężnych prądów ) w podstawkę bezpiecznik 1 AT. Ma on katalogową zimną rezystancje 0.15 Ohma a przy prądzie nominalnym 0.35 Ohm i parametr I2T równy 1.7 A2sec. Ustaw autotransformatorem napięcie Uc kondensatora, które circa ze 100% zapasem impulsu I2t wyzwoli ( po naciśnięciu przycisku ) bezpiecznik i gdyby bezpiecznik przerwał obwód po impulsie I2t powinno zostać trochę napięcia na kondensatorze. Bezpiecznik musi być osłonięty przez plexi na wypadek rozerwania go.
-Dlaczego kondensator jest całkowicie rozładowany ?
Po włożeniu w podstawkę droższego bezpiecznika 1 AT o parametrze I2T równym 1.4 A2sec ale o dużej zdolności rozłączeniowej ustaw napięcie kondensatora, które ze 100% zapasem I2t wyzwoli bezpiecznik i gdyby bezpiecznik przerwał obwód po impulsie I2t powinno zostać trochę napięcie na kondensatorze.
-Dlaczego zostaje napięcie na kondensatorze ?
4.Jednofazowe zasilanie sieciowe do komercyjnego falownika 1.5KW z oszczędnościowym filtrem LC EMC z silnikiem asynchronicznym pracującym jałowo ale z podwyższoną prędkością podano kaskadowo poprzez „domowy” miernik mocy / energii, starawy dystrybucyjny elektromechaniczny licznik energii i dystrybucyjny elektroniczny licznik energii.
Mierząc sekundnikiem czas obrotu tarczy starawego dystrybucyjnego licznika elektromechanicznego można stwierdzić że energia naliczona jest tak samo jak przez „domowy” elektroniczny miernik mocy / energii. Licznik elektroniczny natomiast potwornie zawyża pobór energii ! Zjawisko to zwłaszcza w odniesieniu do barbarzyńskich jednofazowych falowników PV (ich pole elektryczne może być szkodliwe dla zdrowia człowieka ) opisywano już w świecie wielokrotnie a nawet pokazano na filmie: https://youtu.be/NhaNibNfOwk
-Z czego wynika to zjawisko ?
-Jak wielka jest głupota i korupcja instytucji które dopuszczają takie liczniki i falowniki do użytku ?
W tym wpisie znajduje się wiele ważnych i ciekawych informacji.
OdpowiedzUsuńWitam. Staram się poruszać ważne tematy ale w miarę przystępnie.
Usuń