Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 28
Mechanizacja i późniejsza automatyzacja nowoczesnej produkcji w skali narodów i państw realizują doktrynę „jak się nie narobić a dużo zarobić”
Już w latach osiemdziesiątych XIX wieku wykonano w USA skomplikowaną maszynę do zwijania papierosów zastępująca kompanie robotników. Gdy na początku XX wieku zmechanizowano masową produkcje wyrobów ze szkła – butelki, szkło okienne, samochodowe... - spadły ceny wyrobów ze szkła i mocno spadł nakład pracy na jednostkę produkcji.
Ale „artyści” nadal drogo wykonują indywidualne zamówienia na drogie figury z przezroczystego szkła. Przy znacznym rozwarstwieniu dochodowym i majątkowych zamówień na takie wyroby nie brakuje. Klientów pozwala łowić sieć Internet. Do wykonania szklanej figury zwierzęcia lub innego przedmiotu trzeba lasek szkła, palnika gazowego i gazu oraz prostych narzędzi jak szczypce i nożyce. Nauka sprawnego wykonania ładnych przedmiotów ze szkła trwa conajmniej 2 lata. Praktycznie uczona osoba nie musi mieć żadnego wykształcenia ale dobrze gdy ma rzemieślniczą lub artystyczną smykałkę. Ale już po kilku miesiącach wykonuje ona niedoskonałe ale sprzedawalne wyroby ale w żadnej mierze nie pod drogą, perfekcyjną marką.
Transformacja energetyczna może mieć ciężki przebieg w wielu krajach i warto sprawy rozważać.
Silnik elektryczny z przekładnią jest w samochodzie elektrycznym EV dużo prostszy w budowie niż wymyślny silnik spalinowy. Ale do produkcji obu rodzajów samochodów częściowo używa się generalnie tej samej technologii. Tłoczone na prasach blachy nadwozia są zgrzewane oporowo lub laserami ( w przypadku stali wytrzymałych ) robotami i roboty dla stali wytrzymałych nakładają ścieżki kleju dla spojenia.
EV w odróżnieniu od samochodu spalinowego ma kosztowny akumulator i drogi inwerter.
Co do produkcji silników elektrycznych do EV i generatorów do wiatraków. Wydajną mechanizacje w produkcji maszyn elektrycznych u amerykańskich gigantów General Electric i Westinghouse zastosowano już przed II Wojną Światową. W latach sześćdziesiątych produkcje mniejszych maszyn elektrycznych automatyzowano.
W PRL produkowano generatory elektryczne do statkowych agregatów dieslowskich podobnych jak obecnie stosowane są w wiatrakach. Silniki elektryczne produkowano masowo.
Mały Rocznik Statystyczny 1984 na stronie 132 podaje dane o produkcji czystej przemysłu uspołecznionego w różnych okresach. Biorąc wyjściowy rok 1970 gdy nie rozpoczęła się jeszcze modernizacja za zachodnie kredyty jako 100 w 1980 roku cała gałąź „przemysł elektromaszynowy” produkowała 286 ale w nim „przemysł elektrotechniczny i elektroniczny” 319 a precyzyjny 437. Ale „przemysł elektrotechniczny i elektroniczny” szczyt osiągnął w 1978 roku na poziomie 372.
Powstaje zasadne pytanie dlaczego PRL zbankrutował skoro wtedy szedł do przodu jak burza ? Na tej samej stronie podano ze produkcja przemysłu węglowego w 1980 wyniosła 88 a w 1982 skandaliczne 45 ! Cały naród pracował na górników, którzy będąc pieszczochami systemu prowadzili sabotaż i dywersje. Przemysł PRL ( strona 80 ) generalnie był rentowny. Oprócz węgla kamiennego jeszcze głęboko nierentowne były stocznie szczególnie produkujące dla ZSRR i parę innych produkcji. Agenturalna opozycja. Strajki. Innym bólem głowy PRL było marne rolnictwo. Polski - PRL eksport na Zachód blokowano w ramach Zimnej Wojny i stosowano różne bezprawne metody, typowe dla okresu Wojny.
Po dramatycznym upadku z początka lat dziewięćdziesiątych Polska się rozwija ale udział Polski w świeci, maleje, maleje i maleje dlatego że błyskawicznie rozwijają się m.in. potężne Chiny. Przemysł jest tylko z nazwy „polski” bowiem wszystko co nowoczesne i rentowne ma zachodnich właścicieli. Polskie są przykładowo przestarzałe kopalnie i elektrownie węglowe … do zamknięcia i luksusowego utrzymywania pasożytów.
„Polska” 30 lat temu dostała pracę w korporacji „Zachód”. Rosnące, przyzwoite zarobki, perspektywy awansu, znośni koledzy, zazdrość sąsiada z Białorusi. Miało to trwać wiecznie. Aż tu w korporacji robi się nerwowo i będą zwalniać. Może warto było stawiać na samodzielność i akumulować własny kapitał zamiast go dyskryminować.
Od dawna schyłkowe wyroby i technologie przenosi się z Centrum cywilizacji do krajów III Świata gdzie jest tania siłą robocza. W III świecie działają tez poddostawcy. Podręczna Polska wystąpiła w podobnej roli. Gdy w dobie transformacji energetycznej przemysł ulegnie gruntownej przebudowie i modernizacji, nowe bardzo drogie zautomatyzowane fabryki będą powstawać tylko w krajach macierzystych koncernów.
Produkcja łopat turbin wiatrowych z włókien szklanych i żywic w wielkich formach też nie jest trudna. Trudniejsze może być wynegocjowanie dostaw włókna i żywic wysokiej jakości po dobrej cenie.
Ciekawe wnioski płyną z badania przeprowadzonego przez europejski Transport & Environment:
-We wszystkich miastach prawie dwóch na trzech mieszkańców (63%) popiera pogląd, że po 2030 roku w Europie powinny być dostępne tylko samochody bezemisyjne, co pokazuje, że opinia publiczna popiera stopniowe wycofywanie samochodów z silnikami spalinowymi w UE.
-We wszystkich 15 miastach w 8 krajach Europy Zachodniej, Południowej i Wschodniej występuje od 51% do 77% poparcia dla sprzedaży tylko bezemisyjnych samochodów po 2030 roku (co istotne respondenci, którzy zostali zarażeni koronawirusem lub których bliscy chorowali na Covid-19, wykazują znacznie silniejsze poparcie tych postulatu od tych, którzy nie znają osób, które zachorowały (66% w porównaniu do 56%).
-Jako główne czynniki wpływające na wzrost sprzedaży samochodów elektrycznych w porównaniu z samochodami benzynowymi i wysokoprężnymi wymieniane są: cena (55%), infrastruktura (51%) i zasięg pojazdów elektrycznych (45%).
-Tylko co dziesiąty (10%) badany uważa, że w przyszłości sprzedaż samochodów elektrycznych nie wyprzedzi sprzedaży samochodów benzynowych i diesli.
W Unii Europejskiej cenę paliwa silnikowego na stacji w 2/3 mogą stanowić podatki i opłaty czyli też podatki. Wpływy z tych podatków są podstawą budżetu. Gdy spadnie sprzedaż paliw płynnych wysokim podatkiem wyrównującym będzie musiała być obłożona alternatywna energia elektryczna co mocno podniesie koszt transportu. Na razie nie wiadomo jeszcze jak drogi musi być indywidualny transport samochodem osobowym aby nastąpiła masowa przesiadka na transport zbiorowy bo przecież do tego wszystko zmierza. System propagandy może kształtować postawy społeczne ale przecież w masowej przesiadce na metro, tramwaje i autobusy, zasadniczo niczego złego nie ma.
"Racja bez siły nic nie znaczy" - Niccolo Machiawelli.
Trwa najdłuższy w dziejach okres quasi - pokoju po II Wojnie Światowej. Tak powstrzymująco ( to sprzężenia zwrotne ) działa strach przed użyciem broni termojądrowej. Nawet gdy agresor podstępnie zaatakuje, to ofiara używając tylko w odwecie cząstki swojego arsenału termojądrowego zniszczy napastnika. To Gwarantowane Wzajemne Zniszczenie MAD – Mutual Assure Destruction.
Jednak dokonano ponad 1500 badawczych eksplozji zanieczyszczając środowisko naturalne. Atol Bikini gdzie wykonano do 1958 roku 23 testy jądrowe, także termojądrowe, nadal nie nadaje się do zamieszkania. Radioaktywna jest tam nawet silnie napromieniowana ziemia a nie tylko gleba.
Stary „Fault tolerant” jest unikalnym źródłem informacji o systemach elektroniki i bezpieczeństwa stosowanych w głowicach jądrowych. Jak dotychczas nie było nieautoryzowanego użycia broni jądrowej i systemy jej ochrony są niezłe.
https://drive.google.com/open?id=1N9hLzAi-rKcQqZdIhjijErmFIGJGnknE
Długi okres rozwoju gospodarczego w czasie pokoju przyniósł potężne przemysłowe zanieczyszczenie środowiska.
Miasto Bruksela zakazuje używania samochodów z silnikiem diesla od 2030 roku a silników benzynowych od 2035 roku.
Audi w 2025 roku ( czyli już za cztery lata !) zaprezentuje ostatni zupełnie nowy model samochodu z silnikiem spalinowym a od 2026 roku Audi prezentować będzie wyłącznie elektryki. Ostatni samochód z silnikiem spalinowym ma wyjechać z europejskiej fabryki producenta w 2033 roku i tylko trochę później z fabryki w Chinach. Paranoicznie surowe normy środowiskowe w Europie wymuszają produkcje małych, mocno doładowanych i bardzo skomplikowanych silników spalinowych, coraz częściej wzbogaconych o układ mild hybrid. Samochód EV jest znacznie prostszy.
Paliwem na okres przejściowy w Europie ma być gaz ziemny. Do tłoczenia gazu długim rurociągiem na dużą odległość potrzeba energii ale skroplenie gazu ziemnego i jego transport metanowcem przez ocen i regazyfikacja potrzebują bardzo dużo energii. Korzystanie z LNG zamiast węgla, zwłaszcza z odległego źródła daje małą ulgę emisyjną atmosferze lub nic nie daje.
Technologie produkcyjne oparte o wodór są na razie w laboratoriach na wczesnych etapach.
Według BNEF w Chinach, Indiach i Niemczech taniej jest teraz zbudować nową farmę fotowoltaiczną na dużą skalę niż eksploatować istniejącą elektrownię węglową lub gazową z wysokim podatkiem od emisji CO2. W Brazylii, Wielkiej Brytanii, Polsce i Maroko nowa farma wiatrowa byłaby tu tańsza niż eksploatacja istniejącej elektrowni na paliwa kopalne.
Najtańsze duże projekty solarne w Chile, Indiach, Zjednoczonych Emiratach Arabskich, Chinach, Brazylii i Hiszpanii mogą wytwarzać energię za jedyne 22 USD za megawatogodzinę.
Analiza ta nie bierze pod uwagę kosztów rozbudowy systemu przesyłu i dystrybucji energii i koniecznego magazynowania Zielonej Energii, które jak na razie są większe niż same koszty generacji !
Wiedeń, Hamburg, Berlin wprowadzają obowiązek instalacji paneli PV na budynkach. Nieuzasadniona odmowa instalacji zagrożona jest grzywną w wysokości 5 000–50 000 Euro i po czasie kolejną grzywną. Jak widać Niemcy i ich przyboczni są w tej mierze zdeterminowani.
W przypadku nowych budynków w Berlinie panele muszą pokryć co najmniej 30 % powierzchni brutto dachu, a moc zainstalowana musi wynosić co najmniej 6 kW, a w budynkach z jednym mieszkaniem co najmniej 2 kW. Możliwość rezygnacji z instalacji istnieje dla budynków zabytkowych, a także przy niekorzystnym położeniu dachu.
Kiedyś kończyła się era darmowej pracy chłopów pańszczyźnianych i konia pociągowego czego lumpen elity polskie nie przyjmowały do wiadomości.
Jeśli tak postanowiła światowa oligarchia to era węgla i ropy się kończy i Polska nic na to nie zrobi jako kraj peryferyjny i zależny od Centrum. Ogłoszony koniec ropy i węgla jest jednak raczej przedwczesny.
Wiatraki są jednak bardzo surowcożerne. Pokazana podstawa dużego wiatraka o mocy maksymalnej 5 MW ma średnice 22 m przy średniej grubości 1,5 m. Jest to ponad 1500 ton żelbetonu wymieszanego z chemikaliami w celu dobrego i trwałego wiązania aby nie dochodziło do korozji stali zbrojenia gdy pojawiają się pęknięcia w betonie przez które wnika woda. Na jedną megawatogodzinę generacji w ciągu życia jest to kilkanaście - kilkadziesiąt razy więcej niż w elektrowni atomowej gdzie z kolei masywna jest obudowa bezpieczeństwa reaktora. Skumulowany nakład energii na cały wiatrak jest duży i zwraca się dopiero po wielu latach pracy.
Teraz z kolei w „powtórce z rozrywki” rynek światowy podbijają Chiny. Spada światowy udział stali produkowanej w UE, USA i Japonii a rośnie udział produkcji Chin. Stale poprawiana jest jakość chińskich stali. W produkcji samochodów spory udział mają już chińskie stale o podwyższonej wytrzymałości. Łatwo jest zamknąć dział przemysłu przechodząc na import za pożyczone od światowych lichwiarzy dolary. W sytuacji gdy jednak światowa produkcja jest za mała ceny rosną pod niebiosa. Podjecie porzuconej produkcji jest w zasadzie niemożliwe.
Od ponad dekady światowy porządek fundamentalnie się zmienia !
Jest na to odpowiedź Polski - Prezydent Andrzej Duda powołał biurokratyczną, synekuralną Radę do spraw Środowiska, Energii i Zasobów Naturalnych ! Polska staje się Krajem Rad jak nazywano ZSRR.
W modułach SKiiP struktury tranzystorów nie były / są poprzez ceramiczną podkładkę izolującą przylutowane do miedzianej podstawy modułu dla radiatora ale są dociśnięte. Dzięki temu wyeliminowano naprężenia mechaniczno – termiczne i polepszono niezawodność. „1996 Spring Technology - spring contacts allow for solder-free electrical connections ” Wydawać się może że kontakt przez sprężynkę może być zawodny – nic podobnego !
„Szary” wodór można stosunkowo tanio wyprodukować w znanym, dojrzałym procesie reformingu parowego z metanu z gazu ziemnego po koniecznym usunięciu siarki z gazu ziemnego i z wody. Wydajność pracujących instalacji wynosi 10 000 – 200 000 m3 wodoru na godzinę. Otrzymany wodór ma mniej energii chemicznej niż użyty gaz ziemny do endotermicznego procesu reformingu i jego podgrzewania. Proces ma tylko sens gdy wodór jest użyty w syntezie chemicznej natomiast użycie tego wodoru jako źródła energii jest nonsensem chyba że w wysoko - sprawnych ogniwach paliwowych. Zależnie od cen pozwoleń emisyjnych lub kosztu składowania CO2 i ceny gazu ziemnego kilogram wodoru z reformingu kosztuje 1- 1.9 dolarów.
Natomiast kilogram „Zielonego” wodoru z elektrolizy wody energią elektryczną z PV i wiatraków kosztuje 4.6 -7.1 dolarów za kilogram i nie ma perspektyw szybkiego spadku tej koszmarnej ceny. Szerokie użycie wodoru w tej cenie spowoduje drastyczne podwyżki cen transportu i cen mnóstwa artykułów przemysłowych przy przyszłym zastosowaniu tego wodoru w produkcji czyli mocne ograniczenie konsumpcji.
Kosztowne prace ziemno – skalne wykonały chińskie firmy. Cement w ogromnej ilości produkują chińskie cementownie. I tak dalej. Elektrownia będzie wytwarzać 62 TWh energii rocznie, co obniży emisje CO2 z elektrowni cieplnych węglowych o 52 mln ton na każdy rok pracy. Do dalekiego przesyłu wielkich mocy stosowane są najwyższe napięcia zmienne i systemy HVDC.
Wysiedlono za odszkodowaniem, kilkadziesiąt tysięcy mieszkańców. Chiny słusznie nie tolerują u siebie dywersyjnych zachodnich organizacji „ochrony środowiska” jak Greenpeace.
W Chinach w Himalajach są miejsca ( bardzo trudne lokalizacje ) do budowy potężnych hydroelektrowni. Takie miejsca są też na Syberii, w Afryce i Ameryce Południowej. Chiny chcą osiągnąć bezemisyjność w 2060 roku ale nie żyją fałszywymi złudzeniami że wystarczy energia z wiatraków i PV. Stawiają też elektrownie atomowe i hydroelektrownie.
Zachód nie jest zainteresowany finansowaniem i budową hydroelektrowni w Afryce i Ameryce Południowej bowiem poziom życia tamtejszych mieszkańców jest im obojętny a nawet wrogi. Mogą je tam zbudować Chiny.
Zaletą hydroelektrowni jest również jej szybka regulacja w systemie energetycznym.
Co do regulacji turbin wodnych to napędzane hydraulicznie są kierownice sterujące i ustawianie kąta łopatek wirnika. Układy są szybkie ( ca 20 ms ) dla turbin Francisa i powolne ( 0.6 sec) dla turbin Peltona. Potężne zasuwy na rurociągach są sterowane binarnie. Oczywiście ich położenie jest monitorowane.
Hydroelektrownie dostarczają światu 16% energii elektrycznej. Wenezuela, Brazylia i Kanada uzyskują ponad 50% swojej energii elektrycznej z elektrowni wodnych a Norwegia i Paragwaj aż 98%. W 1936 powstała w USA Zapora Hoovera o mocy 2074 MW, a w 1942 Zapora Grand Coulee o mocy 6809 MW ( budowa w latach 1933-1942 kosztem 168 milionów dolarów, pojemność jeziora zaporowego wynosi 11,6 mld m3 wody ). Zapora Itaipu wysokości 196 metrów uruchomiona w 1984 w Ameryce Południowej ma moc 14 GW. Zapory niestety znacznie zmieniają środowisko naturalne.
W pomiarach terenu na budowę zapory stosowane są laserowe mierniki odległości ( później temat dalmierza laserowego ) i kątów pracujące z komputerem lub z których dane można przenieść do komputera. Użyteczne są urządzenia do dokładnej lokalizacji satelitarnej.
Proces projektowania całej budowy musi być z uwagi na skale komplikacji automatyzowany. Jeśli lokalizacja jest pustkowiem trzeba wcześniej doprowadzić tam drogę i linie kolejową oraz energetyczną oraz zbudować osiedle dla pracowników z całą infrastrukturą bytową. Budowa wymaga wielu maszyn i urządzeń oraz mnóstwa materiałów. Trzeba je wyprodukować lub zaimportować po indywidualnym zamówieniu . Znajomość harmonogramów innych budów zapór, mimo innych okoliczności, jest bardzo użyteczna.
Hydroelektrownie pompowo – szczytowe są najlepszymi jak dotąd magazynami energii elektrycznej. W Polsce jest tylko kilka miejsc gdzie można je zbudować ale rząd nadal słodko śpi.
Rzekomo wyboru lokalizacji elektrowni wodnej w Baihetan dokonały złożone programy komputerowe na podstawie ogromnej ilości danych biorąc pod uwagę wielość czynników. Takie trudne , ambitne przedsięwzięcia dają jednak ogromne korzyści długofalowe.
Wszystko wskazuje na to że wielkie wynalazki i wielkich wynalazców ludzkość ma już za sobą. Na wykresach pokazano w skali logarytmicznej jak badania naukowe i badania kliniczne coraz słabiej przekładają się na efekty leczenia wszystkich nowotworów, nowotworów piersi i chorób serca. Dużo hałasu, dużo pieniędzy i brak rezultatów. Podobnie jak w innej dziedzinie: Dużo prawników = mało wyników.
Pozostaje mieć nadziej że AI pomoże w wynalazkach ale chyba chodzi o to że zmniejsza się inteligencja, ciekawość i determinacja badaczy kolejnych pokoleń.
W wielkoekranowym ( dominują w TVC tylko duże ekrany i nawet monitory komputerowe są coraz większe ) odbiorniku LCD-LED największa i najcięższa jest płyta złożonego zasilacza sieciowego.
Coraz częściej zasilacz zwłaszcza z ładowarką ma swój własny mikrokontroler ! Wielo - ogniwowe Akumulatory Litowo – Jonowe zawsze mają układ monitoringu z wbudowanym mikrokontrolerem !
Wydajność mikrokontrolerów i mikroprocesorów rośnie. Rosną pojemności pamięci ale systemy mocy, rozumiane w wielu aspektach, rozwijają się o wiele powolniej.
W zasilaczach impulsowych małej i średniej mocy tranzystory Mosfet wyparły tranzystory bipolarne. W zasilaczach dużej mocy stosowane są najszybsze tranzystory IGBT z niewielkimi częstotliwościami pracy ale ich straty dynamiczne są duże i wydaje się że ich zastosowanie jest raczej przejściowe do czasu stanienia elementów w technologii SiC i GaN. Tranzystory Mosfet z nośnikami większościowymi są bardzo szybkie.
Zastosowanie zasilaczy impulsowych i wysokonapięciowego tranzystora kluczującego H-Out w kineskopowych odbiornikach TVC sprowadziło pobór mocy do 60-100W ( zależnie od wielkości ekranu ) z 250-300 Wat odbiorników lampowo - tranzystorowo – scalonych z mniejszym ekranem.
Zasilacze impulsowe na tle zasilaczy ciągłych mają bardzo wysoką sprawność generalnie rosnącą z mocą nominalną zasilacza. Straty mocy występują ( mogą występować ) w:
-Oporności załączonego klucza
-W Kluczu dynamicznie przy włączaniu i wyłączaniu prądu transformatora lub dławika
-W Kluczu rozładowuje się energia z pojemności klucza przy włączaniu i część/całość energii z pojemności snubberów
-W „diodach” statycznie ( przy małym napięciu sterowany tranzystor Mosfet pełni role diody z bardzo małym napięciem przewodzenia) i dynamicznie przy wyłączaniu a w przypadku diod wysokonapięciowych i przy włączaniu
-W transformatorze istotne są prądy wirowe w uzwojeniach i straty rezonansowe przy szybkich / skokowych zmianach napięcia. Duże są straty mocy w rdzeniu szczególnie podmagnesowanym składową stałą. Dla części konfiguracji SMPS indukcyjność rozproszenia transformatora pogarsza sprawność co komplikuje konieczne nawinięcie podzielonych na części uzwojeń i zwiększa zwiększoną pojemnością uzwojeń zakłócenia Common.
-W uzwojeniu i rdzeniu dławika magazynującego energie w cyklu PWM jeśli jest stosowany
-W rezystorach snubberów RC – RCD i rezystorach ( diodach Zenera ) Clipperów.
-W rezystancjach strat ESR kondensatorów
Sprawność zasilaczy impulsowych spada do zera wraz ze spadkiem mocy obciążenia do Zera. Stąd w modzie oczekiwania Standby mikrokontroler urządzenia dekodujący rozkazy z odbiornika zdalnego sterowania RC i lokalnej klawiatury zasilany jest osobnym małym zasilaczykiem impulsowym a pobór mocy z sieci można zredukować do 0.1 W. Główny zasilacz mocy jest wtedy wyłączony.
Z pomocą termokamery i odpowiedniego pirometru możemy ocenić temperaturę pracy elementów SMPS i wielkość strat mocy w elementach. „Ziarnko do ziarnka i zbierz się miarka” Przy dużych obciążeniach gdy sprawność SMPS ( poza LLC ) jest wysoka w przypadku najmniejszych mocy wynosi ona około 60% a nawet mniej by wzrosnąć do 90% w dużych jednostkach o conajmniej średnim napięciu wyjściowym.
Rezystancja Rdson załączonego tranzystora Mosfet szybko rośnie z temperaturą ( i rosną straty przewodzenia proporcjonalne do kwadratu prądu ) i przy dużych prądach trochę ona wzrasta wraz z prądem.
Wniosek z tego jest oczywisty – racjonalne obciążenie i temperatura pracy Mosfetów nie nie mogą być za wysokie.
Maksymalna moc z danego rdzenia transformatora sieciowego SMPS ( w konkretnej konfiguracji ) rośnie do pewnej częstotliwości, którą rozwój materiałów ferrytów bardzo powoli przesuwa w górę. Obecnie dla wybranych gatunków ferrytów jest to około 200-300 KHz a dla większości mniej niż 100 KHz. Z częstotliwości pracy > 500 KHz w zasilaczach sieciowych zrezygnowano.
Każda konfiguracja SMPS ma funkcje szerokozakresowości pokazującą jak rośnie gabaryt i cena elementów w funkcji szerokości zakresu napięcia zasilania. Korzystna w tej mierze jest konfiguracja Flyback, która ma jednak sporo wad.
Przetwornice z konwencjonalnymi ( czyli nie GTO – IGCT ) szybkimi tyrystorami nigdy nie osiągnęły popularności. Jedynym masowym obszarem był przez niecałą dekadę impulsowy regulator napięcia w odbiorniku TVC z tyrystorowym odchylaniem poziomym. System z tyrystorami zawsze miał nietani układ zabezpieczenia zwarciowego na wypadek niewyłączenia się tyrystora, przy przeciążeniu, wymuszoną komutacją. W TVC chodziło o wyładowanie w kineskopie. Układ po małej chwili wznawiał pracę i zakłócenie pracy nie było mocno uciążliwe.
Chociaż tyrystory mają dużą zdolność przeciążeniową to czas wyłączania tq szybko rósł z temperaturą i wzrost obciążenia skutkował zaburzeniem komutacji i zwarciem zasilania.
Układ SMPS Flyback może być quasi - rezonansowy gdy klucz załącza się gdy po rozmagnesowaniu transformatora mocno spada napięcie na Mosfecie i można go mało stratnie załączyć. Danie równoległej pojemności do Mosfeta radykalnie zmniejsza z kolei straty wyłączania w modzie bliskim ZVS.
Jednak nawet gdy mocno zredukujemy straty w Mosfecie to i tak duże są straty w jednostronnie magnesowanym rdzeniu transformatora mocy. Racjonalny kiedyś dla topologi Flyback próg mocy 100 W podniesiono do 200-300 W.
Prace nad mało stratnymi SMPS trwały cały czas. Milowym krokiem był SMPS firmy HP z 1984 roku w konfiguracji LLC gdzie koncern zastosował własne tranzystory mocy Mosfet. Elementarzem układu LLC się tutaj nie zajmujemy bo jest to tutaj bezcelowe.
Sony pod koniec lat osiemdziesiątych do dużego, luksusowego ( m.in. PIP z osobnym tunerem, stereo o dużej mocy, Nicam... ) odbiornika TVC ze skanowaniem 100 Hz o dużym poborze mocy, zastosował układ LLC ale z nowoczesnymi tranzystorami bipolarnymi sterowanymi prądowo poprzez ciekawej budowy Transduktor (!) któremu prąd magnesowania podawał regulator napięcia wyjściowego.
Dziwna była konstrukcja transformatora z małym jak na taką moc przekrojem rdzenia ferrytowego i dużym oknem. Z uwagi na dużą indukcyjność rozproszenia transformator miał ekran z blachy. Sony przejściowo odszedł od tranzystorów bipolarnych w stronę Mosfetów z niewyspecjalizowanymi wysokonapięciowym driverem CMOS i innymi układami by wrócić do tranzystorów bipolarnych w układzie hybrydowym i Transduktorem by ostatecznie porzucić je na rzecz dyskretnych Mosfetów i wyspecjalizowanego drivera i w końcu układu mocy zintegrowanego z Mosfetami. Dostrzegalnych różnic w sprawności między tranzystorami bipolarnymi i Mosfet nie było.
Wielkie zainteresowanie układem LLC przyniosła dopiero masowa produkcja wielkoekranowych odbiorników plazmowych i LCD-LED. Konfiguracja LLC jest stosowana w części ładowarek dużej mocy DC do samochodów elektrycznych EV gdzie z tranzystorami SiC osiąga się duże sprawności
Całkowicie odmienna od innych topologi jest konstrukcja transformatora z rdzeniem ferrytowym, którego indukcyjność główna i rozproszenia to indukcyjności LL w nazwie LLC.
-Bardzo duża jest indukcyjność rozproszenia Ls transformatora. Uzwojenia pierwotne i wtórne są dlatego umieszczone obok siebie na karkasie lub przy dużych mocach gdy rozmiar rdzenia jest ograniczeniem stosowany jest dodatkowy szeregowy dławik. Przy dużym rozproszeniu transformatora pole wirowe jest bardzo silne i zawsze na uzwojenia stosowana jako przewód jest Litz-a
-Optymalnie uzwojenia są asymetryczne to znaczy więcej miedzi ma uzwojenie pierwotne zajmujące większa długość karkasu.
-Znaczna szczelina w rdzeniu ( w niej jest skoncentrowana energia pola magnetycznego magazynującego w cyklu pracy energie ) jest zawsze pod uzwojeniem pierwotnym o małej indukcyjności Lm.
Zaletą konfiguracji LLC są:
-Znikome dynamiczne straty mocy przy wyłączaniu kluczy ( du/dt zmniejszają równoległe do kluczy kondensatory ) a strat włączania praktycznie w ogóle nie ma
-Znikome straty dynamiczne w „diodach” i dość małe zakłócenia radiowe
-Zbędność stratnych snubberów
-Praca rdzenia na pełnej pętli magnesowania bez szkodliwego podmagnesowania składową stałą. Tylko jeden element magnetyczny do poziomu średnich mocy.
-Bardzo małe zakłócenia Common generowane transformatorem z racji małych pojemności między uzwojeniami
-Gładkie a nie prostokątne prądy o węższym paśmie częstotliwości.
-Wysoka sprawność także przy małych mocach obciążenia
-Napięcia o ograniczonej stromości ( kondensatory spowalniające równoległe do kluczy ) nie dają strat mocy na niepożądane wewnętrzne rezonanse w uzwojeniach transformatorze o ograniczonej ilości zwoi.
-Łatwa automatyzacja produkcji transformatora z małą ilością zwoi i bez izolujących przekładek.
-Korzyści ekonomiczne
Wadami są:
-Znaczna moc bierna cyrkulująca w okresach w obwodzie LLC przez rezystancje kluczy pierwotnych i dająca też straty w elementach LLC
-Znaczne prądy bierne kluczy przy małych obciążeniach co jednak nie przekłada się wtedy na istotne statyczne straty mocy proporcjonalne do kwadratu prądów
-Możliwość chwilowej aktywacji pasożytniczej antyrównoległej diody ( jest to faktycznie tranzystor bipolarny ze zwartymi B-E ) przy procesie szybkiej regulacji.
-Słaba funkcja szerokozakresowości. Im większa jest projektowana szerokozakresowość tym większa jest ( stratna bo LLC i klucze nie są doskonałe ) cyrkulacja mocy biernej zmniejszająca sprawność!
Ostatnia wada jest bez znaczenia jeśli stosowany jest aktywny układ PFC stabilizujący napięcie zasilania przetwornicy LLC i napięcie wyjściowe nie jest zmieniane podczas pracy. W przypadku ładowarek EV przy obniżonym napięciu sieciowym nie wolno przecież pobierać pełnej mocy ( maksymalny prąd przyłącza ) i wada słabej szerokozakresowości jest mało dokuczliwa. Gorzej gdy różne samochody EV wymagają różnych napięć do ładowania swojego akumulatora z przygodnej stacjonarnej ładowarki. Wydaje się że rozmaitość używanych złącz i napięć konwerguje w kierunku światowego standardu !
Gdy zamiast indukcyjności rozproszenia transformatora, stosowany jest dodatkowo osobny dławik ( w rozwiązaniach dużej mocy ) masa mniejszego transformatora bez rozproszenia i dodatkowego dławika są w przybliżeniu takie same jak masa większego transformatora z dużym rozproszeniem.
Gdy zasilacz ma być bardzo płaski zamiast jednego transformatora daje się dwa równolegle połączone mniejsze transformatory choć ich masa i koszt ( prawa podobieństwa ) są większe niż jednego większego transformatora.
Dygresja o szerokozakresowości.
Klasyczna energetyka z zawsze dyspozycyjną generacją ( nadmiar potencjalnej generacji nad potrzebami ) i sztywnymi sieciami może przejść do historii.
Udział odbiorników elektronicznych w konsumpcji energii rośnie wraz z PKB per capita i sięga już miejscami 70% a nawet więcej. Największym domowym konsumentem energii elektrycznej jest lodówka. Przed inwerterem silnika nowoczesnej lodówki jest zastosowany szerokozakresowy układ PFC. Podobnie szerokozakresowy układ PFC może mieć przed inwerterem klimatyzator. Większość urządzeń elektronicznych ma zasilacz szerokozakresowy. Zwarcia w sieci rozłączają wyłączniki po czasie >40 ms. W tym czasie trwa znaczny zapad napięcia a elektroniczne odbiorniki szerokozakresowe szybko pobierają zwiększony prąd co może spowodować przy dużym obciążeniu awarie !
Oporowe grzejniki w płycie kuchennej, pralce, zmywarce, czajniku.. pobierają moc proporcjonalnie do kwadratu napięcia sieciowego. Szybko przy spadku napięcia sieciowego ( mocniej niż kwadratowo opornika ) spada moc tradycyjnej kuchenki mikrofalowej z transformatorem żelaznym 50Hz i kuchenki z przetwornicą. Powinna też spadać moc płyty indukcyjnej.
Przy granicznym spadku napięcia sieciowego o -10% urządzenia te pracują z mocą 81% mocy nominalnej czyli redukcja nie jest wielka. Przy niedopuszczalnym już spadku napięcia o 12% moc spadnie o circa 25%.
Jest to zatem delikatny mechanizm automatycznego przycinania pobieranej z przeciążonej sieci mocy. I tak jak nie należy niszczyć automatycznych stabilizatorów koniunktury gospodarczej tak nie należy niszczyć tego mechanizmu.
Zatem może lepszym rozwiązaniem dla lodówki jest dławik przed prostym prostownikiem dla polepszenia współczynnika mocy a nie aktywny układów PFC. Oczywiście taka lodówka jest dedykowana na konkretne napięcie zasilania – w Europie 230 Vac. Jednak najważniejsze jest aby lodówka była energooszczędna.
Domowa ładowarka do EV na 230 Vac – 16 A powinna maksymalnie pobierać niezniekształcony prąd 16A przy napięciu 230Vac lub wyższym bo taka jest wytrzymałość prądowa domowej sieci. Natomiast przy niższym napięciu powinna pobierać prąd jak rezystor czy proporcjonalnie do napięcia, mniejszy niż 16A.
Z kolei inwerter do domowego panelu PV powinien proporcjonalnie przy napięciu sieci ponad circa 235V ( może to napięcie powinno być programowane przez dystrybutora energii ? ) redukować prąd oddawany do zera przy napięciu 253V bowiem jest do maksymalne napięcie dopuszczalne w sieci 230V czyli wzrost o +10%. Gdy jest nadmiar generacji przez panele PV odbiór mocy zostanie wszystkim sensownie ograniczony.
Wspomniano już o automatycznych mechanizmach stabilizujących gospodarkę. Koszt kredytu selekcjonuje najlepsze inwestycje o najwyższej rentowności zapobiegając marnotrawieniu kapitału w pseudo inwestycje. Będą one podjęte w zdrowej gospodarce. W chorej gospodarce z nadmiarem oszczędności i wydrukowanych pieniędzy mimo taniego kredytu przedsiębiorcy nie inwestują bowiem mają marne przewidywania na długą przyszłość. Polacy wypracowujący oszczędności przy 5% inflacji i zerowym oprocentowaniu lokaty w banku niezbyt racjonalnie inwestują na przykład w instalacje PV czy nieruchomości ale z drugiej strony zostaną po prostu inflacją okradzeni.
Gospodarka została drukowaniem pieniądza zdestabilizowana ! Nadmiar oszczędności wziął się ze zbyt dużego rozwarstwienia dochodowego gdy bogaci nie konsumują dochodów i trafiają one do banków lub do spekulacji a nie na pożyteczne inwestycje produkcyjne.
W układzie LLC sterowana jest częstotliwość taktowania kluczy półmostka lub mostka. Przy najmniejszym obciążeniu i największym napięciu wejściowym częstotliwość jest największa i maleje przy obciążeniu i spadku napięcia zasilania.
Prądy w uzwojeniach transformatora i pojemności nie są sinusoidalne ale je przypominają. Harmoniczne są tłumione obwodem LLC.
FHA, aproksymacja pierwszą harmoniczną ( First Harmonic Approximation, znana i stosowana od lat ! ) polegająca na przyjęciu że półmostek kluczy daje przebieg sinusoidalny a nie prostokątny napięcia a obciążeniem wyjścia jest rezystancja a nie nieliniowy prostownik, daje z punktu widzenia procesu projektowania całkiem dobre przybliżenia.
W zmiennych zredukowanych ( rezonans szeregowy obwodu Ls+C jest przy f=1 czyli 1000 na wykresie i wzmocnienie zawsze wtedy wynosi 1 ) dla charakterystyki sterowania istotny jest tylko parametr m transformatora równy Lm/Ls i obciążenie wyjściowe określone przez Q.
Dla szerokozakresowości m może być nawet mniejsze od 2 a typowo wynosi około 3-4. Optymalne wyznaczenie m jest bardzo trudne i wymaga znajomości histogramu obciążeń i napięć wejściowych a gdy napięcie wyjściowe jest zmienne także tego histogramu. Krytyczna jest też przekładnia transformatora.
Przy zbyt dużym m przy małym napięciu zasilania prąd kluczami i diodami płynie zbyt dużymi i krótkimi impulsami. Wybór zbyt dużego m jest w tego względu niewskazany a nawet niebezpieczny dla przeciążanych kluczy. Przy wyborze za małego m przy dużym napięciu wejściowym za duża jest cyrkulująca moc bierna. Im mniejsze jest m tym większy jest zakres regulacji wyjścia.
Na wykresie dla m=2 pokazano jak z dość mocnym obciążeniem napięcie wyjściowe układu LLC ( blue) wzrasta od 0.63 przy częstotliwości 2000 i współczynniku mocy prądu w kluczach 0.58 do około 1.87 przy częstotliwości 620 gdy współczynnik mocy ( red ) sięga jedności. Prąd kluczy osiąga maksimum przy odrobinę mniejszej częstotliwości ale już zabronionej bowiem współczynnik mocy jest już mniejszy od 1 i pojemnościowy i odbywa się komutacja wymuszona z niepożądanym twardym wyłączaniem pasożytniczej diody ( jest to faktycznie tranzystor bipolarny ze zwartym B-E ) antyrównoległej Mosfeta.
Koncerny mikroelektroniczne w notach aplikacyjnych dla swoich układów scalonych podają skomplikowane wzory ( czasem z błędami !) dla wyliczania elementów LLC i pokazują przybliżony proces projektowania. Oczywiście nikt obecnie na piechotę nie będzie wyliczał skomplikowanych wzorów i konieczne jest stworzenie / pobranie programu.
Obecnie moce konwerterów LLC do ładowarek EV z tranzystorami SiC na płycie drukowanej przekraczają 20 KW. Poniżej schemat blokowy urządzenia OnSemi o mocy maksymalnej 10 KW zasilanego z trójfazowego PFC napięciem nominalnym 700 Vdc. Napięcie wyjściowe wynosi 200-450 V a prąd maksymalnie 40 A. Regulacje wykonuje mikrokontroler z rodziny ARM. Pomiędzy nim a mostkiem umieszczono jednak logikę bezpieczeństwa ! Zwróćmy uwagę że same drivery bramek kluczy mocy powinny mieć elementarną logikę bezpieczeństwa. Przy zasilaniu napięciem 700+-35 V minimalna częstotliwość pracy wynosi około 60 KHz
O zmniejszeniu maksymalnej mocy ładowania przy spadku napięcia sieciowego czy o uzależnieniu ładowania EV informacją w czasie rzeczywistym o cenie energii elektrycznej nie ma na razie mowy.
Stacje ładowanie dużej mocy EV prądu stałego są głównie na napięcie 400 Vdc i prąd 125 A dając moc maksymalną 50 KW. Rzadziej spotykane są stacje mocy 20 kW. Energia prądu stałego na stacji ładowania EV jest znacznie droższa niż prądu zmiennego. Supercharger Tesli daje rzekomo 400Vdc i 300 A ale nie konieczne jest to prawda i inne samochody nie mogą ze stacji korzystać co generalnie czyni to rozwiązanie nonsensem. Ładowanie EV może się też odbywać bezpośrednio z sieci jednofazowej 230 Vac prądem do 16 A lub sieci trójfazowej 400 Vac prądem do 16 A lub 32 Aac. Stacja prądu zmiennego ma tylko układ pomiaru energii i system do egzekucji zapłaty. Jest tania na tle stacji prądu stałego.
N.B. Tesla ma spore problemy z jakością i funkcjonalnością swoich samochodów w Chinach gdzie instytucje dbają o to aby nie oszukiwano klientów. Sprawy nie dotyczą jakości samego procesu produkcji a wad projektu. Już Tesla musiała wymienić oprogramowanie.
Bezkontaktowe, indukcyjne systemy ładowania nie zyskały popularności. Sprawność transferu energii była zbyt niska. Transformator stworzony przez uzwojenie ładowarki stacji i uzwojenie odbiorcze samochodu na bardzo duże rozproszenie i mała indukcyjność główną. Jest to sytuacja prawie wymarzona dla konwertera LLC lub jego modyfikacji ! Znakomicie nadaje się on do ładowarek indukcyjnych - zbliżeniowych. Ale są trochę lepsze konfiguracje.
W 2020 roku zarejestrowano w Polsce 5655 jako nowych aut elektrycznych lub hybrydowych z wtyczką do ładowania akumulatora z sieci. Do „klientów indywidualnych” trafiły... 603 sztuki samochodów. Statystycznego Polaka nie stać na nowe auto spalinowe a co dopiero znacznie droższe elektryczne. Ponad dwie trzecie nowych samochodów spalinowych kupują w Polsce firmy a owa jedna trzecia obejmuje też działalności gospodarcze.
Nade wszystko polski system energetyczny nie ma dodatkowej energii do ładowania licznych samochodów elektrycznych !
Szybka, bezpieczna, zautomatyzowana wymiana akumulatora rozładowanego z samochodu EV na naładowany w stacji nie zyskała popularności. Niewielka ilość takich nie automatycznych stacji wymiany funkcjonowała w USA latach 1910-1924 a więc wiek temu ! Idea samochodu elektrycznego jest stara !
Z powodu stratnego zjawiska „przeciągania prądu” ( on faktycznie przy wyłączniu momentalnie spada do zera i się momentalnie podnosi i dopiero spada ! ) po wyłączeniu tranzystory IGBT raczej nie nadają się do normalnych konwerterów LLC. Strata energii w przybliżeniu jest proporcjonalna do wyłączanego prądu. Na wykresie pokazano jak mało spada energia strat Eoff przy wyłączaniu klucza IGBT w funkcji pojemności snubbera du/dt dla IGBT różnych producentów. Fizyka jest nieubłagana i kto tego nie chce przyjąć do wiadomości słono zapłaci. !
Czasem jednak chcemy napięcie stałe przetransformować na mniejsze / większe napięcie stałe bez zbędnej regulacji.
Rozważny układ LLC z transformatorem o dużej indukcyjności Lm i małej indukcyjności rozproszenia Ls taki jak do konwertera Forward. Niech kondensator C będzie w rezonansie z Ls przy stałej częstotliwości pracy, bez regulacji. Taki układ nie ma własności regulacyjnych ale ma wielką zaletę że prąd przez klucze płynie półfalami sinusoidalnymi i tranzystor wyłączy tylko mały prąd płynący przez duża indukcyjność główną Lm transformatora. Czyli nawet zastosowanie tranzystorów IGBT da w takim przypadku znikome straty dynamiczne.
Japońska Yamaha produkuje potężne akustyczne wzmacniacze mocy P7000S, plik pdf dokumentacji jest dostępny. W połączeniu mostkowym obu kanałów przez czas 20ms wyjściowa moc sinusoidalna wynosi 3200 W. Moc szczytowa dla sinusoidy jest dwukrotnie większa niż skuteczna a sam „ liniowy” wzmacniacz ma jakaś sprawność. Wygląda na to że zasilacz musi mieć ogromną moc. Na rysunku jest fragment schematu. Zasilany napięciem z prostownika sieciowego z dużymi kondensatorami elektrolitycznymi półmostek z tranzystorami IRG4PC50U sterowany jest normalnie sygnałem o wypełnieniu 96% wysokonapięciowym driverem IR2110. Kondensator C obwodu LLC C420,C457 jest taki że rezonans szeregowy indukcyjności rozproszonej transformatora jest trochę powyżej częstotliwości pracy. Zatem jest to sytuacja opisana powyżej. Układ nie ma żadnej regulacji napięcia. Zbyt duży, awaryjny prąd emitera (umieszczono w nim rezystory mocy do przetworzenia prądu na napięcie ) na dolnym tranzystorze półmostka otwiera tranzystor Q405 natychmiast zmniejszający wypełnienie sygnału PWM ( podanego do drivera IGBT) generowane przez typowy kontroler SG3525 ( pracuje w nietypowym dla siebie zastosowaniu ) do zera. Wypełnienie to po takim Resecie powoli wzrasta i prąd w IGBT jest bezpiecznie ograniczony przez indukcyjność rozproszenia transformatora. Po włączeniu do sieci działa sam układ Slow Start podnoszący stopniowo od zera wypełnienie sygnału PWM i prąd ładowania kondensatorów prostowników jest kontrolowany na bezpiecznym poziomie. Układ zasilacza ma bardzo małą oporność wyjściową. Radiatory kluczy IGBT i transformator mocy jak na taką potężną moc są małe. Diody prostowników wyjściowych nie mają żadnych snubberów bo są one zbędne.
Swoją drogą stosowane obecnie w nagłośnieniu otwartych imprez stadionowych moce dziesiątków kilowatów a nawet większe uszkadzają słuch osób przebywających w niewielkiej odległości od głośników jako że poziom dźwięku przekracza tam 120 dB.
Tymczasem lubiane przez muzyków wzmacniacze – kolumny Marshall mają moc ledwie do 100 W.
Takie nisko stratne ( sprawność może dojść do 96% ) rozwiązanie konwertera niby LLC bez regulacji można zastosować do podniesienia napięcia z paneli PV lub obniżenia napięcia stałego DC z trakcji kolejowej, tramwajowej i trolejbusowej do poziomu stosowanego w oświetleniu, wentylatorach silników napędowych i systemu sterowania. Brak regulacji napięcia czasem nie jest żadną wadą. Przy obniżonym napięciu trakcji silniki napędowe pracują z mniejszą mocą i stąd ich mocne chłodzenie wentylatorem jest zbędne. Układy elektroniczne mają zasilacze z własną regulacją.
Produkowane są układy scalone inwerterów LLC z wbudowanymi kluczami mocy do poziomu mocy circa 300 W.
Koncern Fuji produkował układy F9222L z rodziny M2 stosujące wariacje idei LLC gdzie nie stosowano kłopotliwego wysokonapięciowego drivera górnego klucza mocy a bramkę klucza sterowało (jak self oscillation ) napięcie z uzwojenia transformatora mocy. W układzie tym częstotliwość pracy zmieniała się znacznie mniej niż w typowym układzie LLC a mocno zmieniało się wypełnienie sygnału dla dolnego klucza. Przy małym obciążeniu znacznie dłużej był włączony górny tranzystor ( rdzeń był wtedy podmagnesowany małym prądem wtórnym DC asymetrycznie pracującego prostownika ! ) by przy największym obciążeniu klucze pracowały symetrycznie i rdzeń nie jest podmagnesowany składową DC. Przy średnich i dużych mocach praca i sprawność jest taka jak w typowym układzie LLC ale była większa przy małych mocach obciążenia.
Na rysunku pokazano schemat blokowy układu LTC6813 mierzący napięcia na 18 ogniwach. Litera C w nazwie oznacza technologie wykonania CMOS.
Układ zawiera trzy równolegle pracujące w cyklu 290 usec modulatory Sigma Delta tworzące z cyfrowymi filtrami dolnoprzepustowymi decymacyjnymi przetworniki analogowo – cyfrowe ADC. Modulatory ADC poprzedzają ich multiplexery. Dla wzajemnej kontroli sprawności przetworników ADC napięcie jednej granicznej w grupie celi akumulatora może być mierzone dwoma przetwornikami ADC. Układ ma jednak cztery cyfrowe filtry dolnoprzepustowe dla kontroli poprawności działania 3 filtrów decymacyjnych i ewentualnego użycia zamiast wadliwego filtru.
Wejściowe multiplexery pracują ze sporymi napięciami akumulatora i prawdopodobnie używana jest metoda Flying Capacitor ( kondensatory są scalone jako (systemowo) elementy modulatora Sigma Delta ) jako że modulatory ADC zasilane są napięciem 5V podczas gdy układ toleruje napięcie ponad 100V. Układ ma także 18 kluczy S które na rozkaz załączają równolegle do ogniw mających za duże napięcia względem pozostałych ogniw, oporniki rozładowujące przy niewielkich pojemnościach akumulatora lub aktywujące system impulsowego transferu mocy przez transformator / transformatorki w przypadku dużych pojemności akumulatora gdy strata mocy na rezystorach byłaby trudna do rozproszenia.
Układy mogą być połączone w stos gdy akumulator ma więcej niż 18 ogniw. Transfer informacji z szybkością 1Mb do mikrokontrolera odbywa się poprzez wbudowany interfejs i izolujące transformatorki.
„Features:
Measures Up to 18 Battery Cells in Series
2.2mV Maximum Total Measurement Error
Stackable Architecture for High Voltage Systems
Built-In isoSPI™ Interface
1Mb Isolated Serial Communications
Uses a Single Twisted Pair, Up to 100 Meters
Low EMI Susceptibility and Emissions
Bidirectional for Broken Wire Protection
290μs to Measure All Cells in a System
Synchronized Voltage and Current Measurement
16-Bit Delta-Sigma ADC with Programmable
Noise Filter
Engineered for ISO 26262-Compliant Systems
Passive Cell Balancing Up to 200mA (Max) with
Programmable Pulse-Width Modulation
9 General Purpose Digital I/O or Analog Inputs
Temperature or Other Sensor Inputs
Configurable as an I2C or SPI Master
6μA Sleep Mode Supply Current
64-Lead eLQFP Package
AEC-Q100 Qualified for Automotive Applications
Applications:
Electric and Hybrid Electric Vehicles
Backup Battery Systems
Grid Energy Storage
High Power Portable Equipment”
Duże różnice w napięciach na ogniwach występują szczególnie przy mocnym obciążeniu i przy mocnym ładowaniu.
Akumulator jest urządzeniem elektrochemicznym i estymacja stanu jego naładowania i możliwej do pobrania energii przy różnej mocy nie jest prosta. Dostępne są filmy rozgoryczonych użytkowników samochodów elektrycznych pokazujące przykładowo jak samochód o zasięgu 400 km lub większym po przejechaniu autostradą z prędkością 200 km/h dystansu 50-60 km mają już tylko energii na 40 km. Wskazania poziomu pojemności czyli zasięgu topnieją w oczach także przy niskiej temperaturze szczególnie przy jeździe po śniegu.
Reklamacje jednocześnie są i nie są uzasadnione.
Jadąc długo i szybko samochodem spalinowym autostradą gdy zapali się lampka ostrzegawcza poziomu paliwa w zbiorniku z przerażeniem zobaczymy że komputer pokładowy podaje nam mały zasięg i nie dojedziemy do stacji paliw ! Jednak spokojnie dalej jadąc z prędkością ca 60 km/h zobaczymy że mimo przejechanych już kilometrów zasięg rośnie bo samochód spala teraz na kilometr ułamek tego co przy szybkiej jeździe.
Obecnie znanych jest ponad 100 zastosowań robotów przemysłowych.
Niemiecki ( po 2016 chiński ) koncern Kuka jest wielkim producentem robotów przemysłowych.
Najpopularniejszym zastosowaniem robota jest nadal zgrzewanie oporowe blach karoserii samochodowej.
Ale Kuka sukcesy ze zgrzewaniem oporowym miała już przed II Wojną. W 1956 roku Kuka wyprodukowała pierwszy automatyczny system spawalniczy do produkcji lodówek i pralek oraz wielopunktowy system zgrzewania dla Volkswagena. W 1967 roku wykonano pierwszy system do automatycznego spawania łukowego a od 1973 roku Kuka oferuje rynkowego robota Famulus.
Geneza firmy Kuka jest oczywista. Potężny przemysł potrzebował wyposażenia mechanizacji i automatyzacji a zaczęło się od zgrzewania oporowego.
Identycznie potężny przemysł Japonii potrzebował wyposażenia mechanizacji i automatyzacji - potrzeby zaspokajał i zaspokajał m.in. potężny Fanuc.
W robotach niemieckich wszystko co najważniejsze jest niemieckie. W robotach japońskich wszystko co najważniejsze jest japońskie.
Trzeba jednak dodać że w dziedzinie Sztucznej Inteligencji AI, Chiny i USA oba te kraje zostawiły daleko za sobą
Sprawdzenie.
Przyjmuje się że rozwój technologi dobrze obrazuje krzywa uczenia się. W kolejnych generacjach inverterów tego samego przeznaczenia użyto modułów trójfazowych mostków IGBT Toshiba MG25Q6ES42 ( wprowadzony 1997), Semicron SKiiP31AC12T2 (2006) oraz Infineon FS25R12W1T7_B11 ( 2019). Sprawę utrudnia wielość producentów i częściowo różny gabaryt mocy, ale wszyscy wymienieni są bardzo silni w tej technologii.
Biorąc jako „jakość” sumę ważoną z napięcia przewodzenia, strat energii na włączanie i wyłączenie ( gdy ich nie ma w dokumentacji PDF trzeba jest oszacować z czasów operacji ) oraz ładunku bramek
-Ustal sensowne wagi wymienionych parametrów podając argumenty ekonomiczne
-Wylicz wykładnik procesu uczenia się na dwóch przedziałach czasu
-Jakie cechy ma mieć materiał magnetyczny do szybkiego wzmacniacza magnetycznego Rameya i na transduktor ?
-Jakie sensory stosowane są w systemach bezpieczeństwa robotów aby nie doszło do wypadku z udziałem ludzi ?
-Jakie sensory stosowane są w systemach bezpieczeństwa współpracujących z ludźmi mniejszych robotów ?
Cwiczenie.
Wiodący w świecie niemiecki ( teraz chiński ) koncern Kuka w linii robotów KRC2,3 stosował dla każdego silnika napędu robota moduł KSD – Kuka Servo Drive. Moduły są łatwe ( patrz rysunek, delikatnie ! ) do rozebrania co też sugeruje łatwość naprawy poprzez wymianę modułu mostka trójfazowego IGBT lub jednej z dwóch płytek drukowanych przez średnio kwalifikowaną osobę.
-Dlaczego użyto aż tak mocnego ( 45A / 1200 V ) modułu trójfazowego mostka IGBT skoro tabliczka znamionowa KSE podaje wyjściową moc pozorną 6.7 KVA i prąd 9.8 Aac ?
-W jakim celu stosowane jest dynamiczne forsowanie silników serwonapędów ?
-Po co na płytce mocy jest nieulotna pamięć EEprom skoro taka pamięć jest już na płycie sygnałowej i nie jest w całości użyta ?
-Jaka informacja jest podana do procesora przez liniowy transoptor ?
Na płytce sygnałowej KSD jest mikrokontroler z rodziny 80C164 Infineon. Z interfejsem komunikacyjnym InterBus ( płyty w komputerze z modułami KSD ) pracuje wyspecjalizowany układ interfejsu SUPI3 poprzez dwa dość szybkie drivery linii 6LB179. Na płytce jest pamięć EEprom X2570, dwa układy wzmacniaczy LM224, klucze DG441, drivery ULN2003 oraz transoptor PC817. Glue logic to 74HCT 02 , 14, 32.
Zasilacz dla obu płyt na płytce sygnałowej z transformatorkiem EE25 zbudowany jest z UC3844B, IRF220, 78L05, 78L15 i drobnych elementów SMD.
-Wpisz nazwy układów scalonych na prostokątach z opisami schematu blokowego KSD
-Po co na płytce sygnałowej jest pamięć EEprom skoro taka pamięć jest już na płycie mocy i nie jest w całości użyta ?
-Jakie zalety miał w tym zastosowaniu interfejs InterBus ?
-Czy z mocniejszym procesorem konieczny jest układ jak SUPI3 ?
-Czy obecnie lepsze jest użycie szybkiego interfejsu RS485, CAN lub Ethernet miedziany lub optyczny ?
-Jaka informacja przepływa przez transoptor PC817 ?
-Jaka jest specyfika układu sterowania LED-a optoizolowanych driverów J312 i innych aby tolerowały one bez zakłóceń ekstremalnie szybkie ( dv/dt) przebiegi na wyjściu mostka IGBT ?
Bardzo przydatny wpis. Czekam na kolejne
OdpowiedzUsuńWitam Jest problem z wyborem tematów żeby nie były za trudne
UsuńTen wpis jest bardzo interesujący
OdpowiedzUsuńWitam. Mam nadzieje ze też przydatny.
Usuń