Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 34

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 34

 Energia elektryczna była początkowo bardzo drogim towarem dla bogaczy ale w bogatym świecie względnie szybko staniała. Spenetrowanie przez nią modernizowanego przemysłu trwało jednak dość długo.
Z epoki Wojny prądu stałego DC  Edisona z prądem zmiennym AC Westinghouse pochodzi ten plakat przekonujący o tym że prąd zmienny jest śmiertelnie niebezpieczny dla ludzi i zwierząt. 

Fault Tolerant:
Szalona jest rozpiętość mocy zjawisk dochodząca do 1e80 razy !
Moc 1.52e-27 W ma fala grawitacyjna jednotonowego geosynchronicznego satelity Ziemi.
Czułe radio FM czytelnie detekuje sygnał o mocy 2e-15 Wata.
Moc promieniowania Słońca to 3.8e26 W.
Moc promieniowania Galaktyki Drogi Mlecznej wynosi 5e36 Wata.
Moc promieniowania najsilniejszego kwazara to około 1e41 Wata.
Moc szczytowa najsilniejszej emisji paczki promieniowania Gamma to około 1e45 Wata
Skale zjawisk kosmicznych kończy Moc Plancka 3.63e52 Watów
Moc 1 GW czyli 1e9 czyli miliard Watów dużego bloku energetycznego jest wielka ale zerowa na tle mocy źródeł promieniowania w kosmosie. Nawet Słońce jest kosmosie prawie Zerem.

Z 14 do 21,4 % wzrosło w Polsce w 2020 roku ubóstwo energetyczne – ocenia Polski Instytut Ekonomiczny. Udział wydatków na energię elektryczną, gaz i inne paliwa w strukturze wydatków gospodarstw domowych jest w Polsce dwukrotnie wyższy niż średnio w UE. Siła nabywcza Polaków w energii znacznie spadła od czasów PRL.
Ceny energii elektrycznej uregulowano tak aby polskie koncerny energetyczne miały duże zyski i mogły się modernizować. Energetycy zostali zmuszeni do połączenia z deficytowymi kopalniami węgla kamiennego. Dochodowe spółki energetyczne zamiast inwestować w rozwój i nowe, wysokosprawne  elektrociepłownie na gaz i elektrownie atomowe utopiły pieniądze w nierentownych, kompletnie zadłużonych kopalniach.

Sowieci doceniali rolę elektryfikacji ale ruszyła ona dopiero po stalinowskich zakupach od amerykańskich firm zakładów do produkcji wyposażenia elektrowni i elementów do systemów elektryfikacji. Polska technologie do energetyki otrzymała od ZSRR i kupowała ją na zachodzie, sporo w epoce gierkowskiej za kredyt.
Przyrostowi PKB towarzyszył w świecie równoległy przyrost produkcji energii elektrycznej. Prawo to zostało złamane tylko w kilku bardzo wysoko stojących technologicznie gospodarkach.

Do czasów silnika parowego człowiek używał Żywych Silników, koła wodnego napędzanego energią wody oraz małego wiatraka i żagli napędzanych wiatrem.
W 1850 roku 94% energii napędowej w świecie pochodziło od zwierząt i ludzi czyli żywych silników  ale po stu latach w 1950 już tylko 4%. Ciągnący koń o masie 400 kg na dobrej prostej drodze ma pełną moc 1 KM czyli 0.7355 KW a wół 0.64 KM ale zwierzęta te przy kieracie rozwijają tylko około 54% swojej pełnej mocy.
Zdrowy dorosły człowiek ma moc szczytową 1.1 KM ( wyczynowy sportowiec przez chwile do 2.3 KM ) a przez 2 minuty rozwija moc do 0,5 KM ale średnią pracownik w czasie dniówki tylko 0,05 KM.
Zwraca uwagę mała siła „żywa” na tle wielkiej mocy współczesnych brutalnych maszyn. 

Wytwarzanie energii, zwłaszcza elektrycznej, jest najbardziej uciążliwym środowiskowo procesem jaki w wielkiej skali zastosował człowiek.  Do niedawna energia była na Zachodzie bardzo tania nawet ta w paliwach silnikowych obłożonych bardzo wysokimi podatkami. Uważano że tania energia ma duży wpływ na konkurencyjność produkcji a zwłaszcza eksportu i jest korzystna ze względów społecznych.
W przypadku energii elektrycznej z węgla tylko szkody powodowane w zdrowiu populacji zachodu były większe niż koszt sprzedanej energii ! Taniość była pochodną efektu skali w wydobywaniu i generacji. Potężna koparka tarczowa w kopalni odkrywkowej z taśmociągiem do transportu urobku miała tylko kilka osób obsługi. Niewiele obsługi mają potężne koparki z łyżkami o pojemności rzędu 100 Ton ładującym potężne ciężarówki o nośności circa 300 Ton. Po kopalni odkrywkowej zostaje księżycowy krajobraz i tworzy ona lej depresyjny obniżając poziom wody  w otoczeniu znacznie szkodząc rolnictwu i mieszkańcom pozbawionym wody ze studni. Kopalnie głębinowe powodują niszczące tąpnięcia a do rzek zrzucają brudną, wypompowywaną wodę.
W kopalnictwie i generacji stosowane były przeróżne dotacje jawne i tajne obniżając poziom kosztów wydobycia paliw i energii elektrycznej. Potężnymi kosztami zewnętrznymi się nie przejmowano.
Koszt głębinowego wydobycie węgla zależy od warunków geologicznych i może być bardzo wysoki. Już w 1970 roku w PRL wyliczono że w gruncie rzeczy po odliczeniu różnych dotacji spora część kopalni węgla kamiennego jest głęboko nierentowna i będzie jeszcze gorzej. Górników dotowano niezasadnie wysokimi płacami, wczesnymi i bardzo wysokimi emeryturami, przydziałami na wiele deficytowych artykułów przemysłowych i na dziesiątki innych sposobów.
Gdy Wielka Brytania rozwinęła eksploatacje złóż gazu ziemnego i ropy naftowej na Morzu Północnym możliwa stała się siłowa rozprawa z górnikami i kraj stanął na nogi.
Elektrofiltry ( stosowany zasilacz wysokiego napięcia stałego DC ) w elektrowniach węglowych wyłapujące pył ze spalin są niedrogie. Droższa jest instalacja do wiązania tlenków siarki w spalinach z wapieniem produkująca gips. Ale spaliny zawierają pól tablicy Mendelejewa a w tym metale ciężkie i aktynowce.  Instalacja wychwytująca ultra toksyczną rtęć ze spalin węglowych podwaja koszt budowy elektrowni i powiększa koszt eksploatacji. Tam gdzie wprowadzono normy dotyczące emisji rtęci nie buduje się elektrowni węglowych. W 2021 roku głębinowo węgiel kamienny w EU wydobywa głównie Polska i trochę Czechy.
Kolonializm jawnie, bezlitośnie eksploatował podbite ludy wywożąc gratis zrabowane surowce. Neokolonializm jest jeszcze bardziej opłacalny ale jego operacje są tajne. Korumpuje się rząd i prawie gratis wydobywa na przykład ropę naftową mając w nosie dewastacje środowiska a tubylcom płaci się grosze. Gdy zbrodniczy dyktator zostaje obalony przez zbrojną opozycję miliardy dolarów w bankach szwajcarskich i w rajach podatkowych Zachód rekwiruje.
W systemie petrodolara bliskowschodnie reżimy kontrolowane przez USA czyli „nasze sukinsyny” zobowiązane były kupować w nieskończoność amerykańskie obligacje rządowe, inwestować na giełdzie i zlecać prace amerykańskim koncernom.
Przystąpienie do wielkiej konsumpcji gazu i ropy przez rosnące Chiny wywraca system eksploatacji peryferii przez Zachód do góry nogami. Skroplony gaz ziemny LNG z Bliskiego Wschodu jest transportowany do Europy lub Wschodniej Azji. Nabywcom LNG ze stacji skraplania na metanowce jest sprzedawany po aktualnej cenie spotowej bez względu na to skąd nabywca jest. Oczywiście można też zawrzeć kontrakt długoterminowy po umówionych cenach. Mechanizmy rynkowe są dobre ale czasem trzeba rynek stabilizować. Wpuszczenie spekulantów może mieć fatalne konsekwencje. Regulacje w EU wymogły częściowe odejście od kontraktów długoterminowych z Gazpromem  na rzecz zakupów spotowych.  Gazprom oczywiście wywiązuje się z zawartych kontraktów długoterminowych ale na wolny, de facto spekulacyjny rynek nie dostarcza za wiele skutkiem czego we wrześniu 2021 roku cena doszła do historycznego rekordu 1000 dolarów za 1000 m3.
Media biją pianę pisząc że Gazprom za mało pompuje gazu ! Skoro jest wolny rynek to on niczego nie musi i korzysta z wysokich cen ! Związek Radziecki a po nim Rosja chcąc uchodzić za poważnego, wiarygodnego dostawcę zawsze wywiązywał się z opłacanych (!) kontraktów ale gdy złodziejska Ukraina brała sobie gaz gratis to wielokrotnie odcinali „dostawy”. Rosja dywersyfikuje rynki gazu. Buduje instalacje LNG. Droga jest budowa długich gazociągów do Chin. Drogie jest ominięcie Polski i Ukrainy czyli krajów wrogich
Koszty wydobycia ropy i gazu zależy od geologii złoża. Na Bliskim Wschodzie są one znikome ale znacznie droższe z morskich platform wiertniczych gdzie zakres kosztów jest szeroki.        
Od lat pięćdziesiątych wieszczone jest wyczerpanie zasobów ropy i gazu ale w gruncie rzeczy trudniejszy jest tylko dostęp do nowych złóż i większy koszt wydobycia.

Koszt budowy elektrowni opalanej gazem ziemnym  tylko z turbiną parową wynosił poniżej 60% kosztów elektrowni węglowej. Znacznie krótszy jest też czas budowy. Z punktu widzenia systemu regulacji mocy elektrownia taka jest identyczna do elektrowni węglowej a więc regulacja nie jest szybka i jest kosztowna. Wysoce dyspozycyjna elektrownia z turbiną spalinową na gaz nie jest tania i ma niską sprawność ale jest dyspozycyjna czego wymaga Zielona Energetyka. Droższa niż sama parowa jest elektrownia z frontową turbiną spalinową z której gorące gazy wytwarzają w w kotle parę do turbiny parowej. Sprawność generacji jest za to bardzo wysoka a w przypadku elektrociepłowni przekracza fantastyczne 90% !

W krajach arabskich budowano też elektrownie z wielkimi silnikami Diesla podobnymi do silników okrętowych spalających paliwo pozostałościowe czyli po polsku  mazut czyli HFO - Heavy Fuel Oil ale używano też wydobytej ropy oczyszczonej tylko na wirówkach. Elektrownie taką można szybko wybudować.

Ropa naftowa nadal jest najważniejszym towarem w handlu międzynarodowym. Jest nośnikiem energii a petrochemia jest podstawą gospodarki.
Stosowanie przedziwnych cen urzędowych w nakazowo-rozdzielczych gospodarkach bloku wschodniego utrudniało racjonalną decyzję i gospodarkę. Peryferyjny Kapitalizm Zależny:
„Rok wcześniej, emigranci wschodnioeuropejscy, ekonomiści Michael Marrese i Jan Vanous wydali książkę - M. Marrese, J. Vanous. Subsydiowanie handlu z Europa Wschodnia: Sowiecka perspektywa. Berkeley: Institute of International Studies, University of California, 1983. Tytuł oryginału: „Soviet Subsidization of Trade with Eastern Europe: A Soviet Perspective”. Opracowanie to jest w Polsce praktycznie nieznane, mimo iż było popularne zarówno na Zachodzie, jak i na Wschodzie. Autorzy udowadniali tezę, że Związek Radziecki utrzymuje kraje satelickie subsydiując je, a porzucając je mógłby stanąć na nogi. Autorzy analizowali strukturę handlu krajów RWPG rozliczanego w rublach oraz w cenach dolarowych stosowanych na
wolnych rynkach międzynarodowych. Związek Radziecki dostarczał krajom Europy Wschodniej paliwa oraz liczne surowce. Sprzedawał je po cenach niższych niż stosowane na rynku światowym. ZSRR importował  z tych krajów dobra przemysłowe, płacąc co najmniej ceny światowe. Autorzy wyliczali, jak wielkie straty ponosi ZSRR, subsydiując swoich utrzymanków. Opracowanie Michaela Marrese’a i JanaVanousa zawiera analizę danych do 1978 roku, ale w kolejnych publikacjach analizowali bieżące dane. Nie zajęli się natomiast analiza kosztu utrzymania zewnętrznego imperium militarnego, który był astronomiczny. Wyliczyli, że w latach 1960–1984 Moskwa dopłaciła w handlu zagranicznym swoim utrzymankom 120 mld dolarów. Subsydia były szczególnie duże w okresie kryzysu naftowego, czyli wysokich cen ropy naftowej. Najwięcej zyskali: NRD – 36 mld dolarów, Czechosłowacja – 27.5 mld, Polska – 22 mld, Bułgaria – 18.5 mld, Wegry – 13.5 mld, a Rumunia zaledwie 2 mld dolarów. W przeliczeniu na jednego mieszkańca Polska otrzymywała mało, mniej pomocy otrzymała tylko Rumunia. Wysoka pomoc dla NRD i Czechosłowacji miała otrzymać tam wysoki poziom życia, na pokaz dla Zachodu. Argumenty zawarte w opracowaniu Marrese’a i Vanousa trafiły do wyobraźni decydentów z Kremla. Także do Gorbaczowa. Polecono sprawdzić podane w opracowaniu wyliczenia. Rosyjscy ekonomiści w drugiej połowie lat 80. wyliczyli, ze sponsoring zewnętrznego imperium kosztował aż 200 mld dolarów. Jest bardzo prawdopodobne, ze Rosjanie wyobrażali  sobie, że pozbywając się zewnętrznego imperium staną na nogi, a z drugiej strony – przechodząc na dolarowe rozliczenia z dawnymi utrzymankami – wywołają u nich potężny deficyt i będą ich trzymać w zależności. Dodatkowo będą mogli ich szantażować odcięciem dostaw surowców. Wyliczenia Marrese’a i Vanousa budziły wiele kontrowersji, ale co ciekawe z ich teorią „rozprawiono” się zdecydowanie dopiero w 1992 roku, a wiec kiedy Rosja nie miała już zewnętrznego imperium. Jako kontrargumenty do teorii Marrese’a i Vanousa podawano, ze sam ZSRR wymuszał na krajach Europy Wschodniej niekorzystną dla tych krajów strukturę gospodarczą. W rzeczywistości jednak struktura wymiany towarowej krajów Europy Wschodniej ze Związkiem Radzieckim przypominała wymianę towarów Centrum z peryferiami, jednak w tym wypadku peryferiami były nie kraje Europy Wschodniej, ale ZSRR (!), dostarczające swoim pasożytniczym satelitom ropę, gaz i mnóstwo innych surowców w atrakcyjnie niskich cenach.
Narastające zadłużenie zagraniczne „niepodległej” Polski, a zwłaszcza permanentny deficyt handlowy, wskazywałoby na to, ze Marrese i Vanous mieli co najwyżej cień racji.
Teorie te, jak widać, przemówiły do wyobraźni kleptokratycznej oligarchii rosyjskiej, która sprywatyzowała – zawłaszczyła właśnie dochody z eksportowanych surowców. Chociaż
żaden z polskich polityków nie cytuje owej książki, teorie w niej zawarte ciągle żyją w ich  wyobraźni, kiedy mówią o swoich fobiach związanych z dostawami paliw z Rosji.”

Sprawna elektrownia jądrowa praktycznie nie emituje toksyn. Produkcja paliwa jądrowego nie jest mocno uciążliwa środowiskowo ( na tle dewastacji powodowanej przez konkurencyjną energetykę ) podobnie jak przetwarzanie zużytego paliwa jądrowego i składowanie odpadów. Po katastrofie nuklearnej w Czarnobylu głosy rozsądku wołały aby jej nie wyolbrzymiać celem szkodzenia ZSRR i nie straszyć społeczeństw ! Wojskowo – cywilny grafitowy reaktor RMBK nigdzie w świecie nie dostał by zezwolenia na eksploatacje. Katastrofy z reaktorem grafitowym mieli Brytyjczycy i USA.
Jeszcze większą lekkomyślnością była elektrownia jądrowa w Fukushimie gdzie znacznie groźniejsza katastrofa, w razie dużej fali oceanicznej, była oczywistością o której doskonale widziano od dekad.  

USA będąc faktycznie jedynym zwycięzcą II Wojny, system światowy ustawiły pod potrzeby swoje i częściowo potrzeby sojuszników. Elementem systemu propagandy hegemona są różne rankingi. Bank Światowy nie wypuści więcej raportów „Doing Bussines” gdy ujawniono że dane w nim mocno zmanipulowano ! Wielkim idiotyzmem są narracje o demokracji i prawach człowieka. Oczywiście propaganda przemilcza ociekających krwią „naszych sukinsynów” itd
Statystykę do celów władzy i propagandy stosowano od zawsze. Przykładowo dane dotyczące exportu – importu w parach państw zawsze są niezgodne. Każdy kraj zawyża swój eksport bo on powiększa statystyczny PKB i zaniża import który obniża PKB. 

Budowa wodnych energetycznych reaktorów jądrowych jest ciągle doskonalona ale są to jednak małe zmiany. Ciśnieniowy reaktor wodny jest urządzeniem bardzo dojrzałym, masowo sprawdzonym w całym świecie  i przewidywalnym. Oczywiście bardzo istotny jest dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych aby reaktor był trwały a nade wszystko aby nie do doszło do niebezpiecznego uszkodzenia zbiornika reaktora i głównych rurociągów. Wyposażenie do polskiej elektrowni jądrowej w Żarnowcu z czterema reaktorami WWER-440 ( planowana trwałość 35 lat została przedłużona tym reaktorom ) wyprodukowała Skoda i inne firmy z Czechosłowacji. Skoda już przed II Wojną była silną firmą wysoko stojącą technologicznie.  W dokumentacji rosyjskiej elektrowni, w oznaczeniach użytych stali stopowych: H-chrom, N- Nikiel, M-Molibden, W-Wolfram, F-Wanad, T- Tytan, A-Azot. Litera K w oznaczeniu to jakościowe stale węglowe.

Trend ograniczania dostępu do informacji z dziedziny technologi jądrowej zapanował wraz ze spadkiem zainteresowania energetyką nuklearną spowodowanym strachem społeczeństw przed energetyką jądrową i obsesją terroryzmu.
Reaktory powielające odsuwają perspektywę braku paliw jądrowym na setki lat. Są też bardzo użyteczne przy przerobie zużytego w konwencjonalnych reaktorach paliwa jądrowego. Technologia ich jest bardzo trudna, szczególnie materiałowa. Pod koniec żywota ZSRR uruchomiono tam w elektrowni Białojarskiej reaktor powielający BN-600. Liczba to generowana moc elektryczna bloku elektrowni. Później uruchomiono reaktor BN-800 a obecnie trwa budowa BN-1200. Są to jedyne pracujące obecnie energetyczne reaktory powielające w świecie. W okresie smuty gdy rozkradana za degenerata Jelcyna Rosja miała ogromne problemy ekonomiczne i wszelkie inne, dokumentacje reaktora BN-600 za ponad miliard dolarów sprzedano Japonii. Budowa reaktorów jest prawie jawna. 

Nowoczesne  cyfrowe aparaty do prześwietlania wyprodukowanych przedmiotów promieniami rentgenowskimi X a szczególnie spawanych złącz znacznie upraszczają kontrole w produkcji elementów i na budowie reaktora jądrowego. Oczywiście dostępne są też inne przyrządy diagnostyczne. 

Obecnie firmy w Polsce ogłaszają że  amerykańskie i japońskie firm zbudują im małe jądrowe reaktory modułowe - SMR.  Mimo upływu lat SMR dalej pozostają na papierze. Według zapowiedzi pierwsze takie reaktory mają być budowane w świecie nie wcześniej niż po 2026 roku.
Przypomina to bańkę internetową gdy w Polsce nie było jeszcze sieci i  komputerów z kartami sieciowymi ale każda firma miała "strategię internetową". Gdy tylko producent butów ogłosił, że przenosi się do Netu to jego akcje szły w górę. Tak samo ma być teraz z istniejącymi wyłącznie na papierze reaktorami ?Wchodzi w nie Polsat, Sołowow, KGHM, Orlen... Ale to mokry kapiszon. Nie ma  wzrostu notowań ale jest raczej spadek bo unosi się smród oszustwa.
Te reaktory jądrowe będą w propagandowych „dolinach wodorowych”, a wszystko to zintegruje się w „ekosystemy dronowe”. 

Najlepiej jest energie elektryczną zużywać oszczędnie. Ale trzeba brać pod uwagę nakład energii w całej fazie produkcji, używania i złomowania – recyklingu odbiornika energii:
-Największym domowym konsumentem energii jest lodówka. Tradycyjny jednofazowy silnik asynchroniczny napędzający kompresor jest mało sprawy. Napęd silnikiem synchronicznym / BLDC z inwerterem oszczędza energie ale w magnesach silników użyte są drogie metale ziem rzadkich. Według Chińskiego Towarzystwa Ziem Rzadkich, aby wyprodukować średnią 1 tonę pierwiastków ziem rzadkich, wytwarza się 75 ton kwaśnych odpadów, które nie zawsze są neutralizowane i przetwarzane we właściwy sposób i 1 tonę pozostałości radioaktywnych. 
-Transformatory o małym poborze mocy jałowej w całym swoim 20-30 letnim życiu mogą oszczędzić dużo energii. Są dwa rozwiązania. Stosuje się obniżoną indukcje w rdzeniu lub rdzeń z materiału amorficznego czyli szkła metalicznego na przykład 2605 SA1 o składzie Fe78B13Si9. W obu wypadkach transformatory oszczędne są cięższe i znacznie droższe od zwykłych. Amorficzną blaszkę grubości 25 um wykonuje się wylewając w próżni płynny stop ma  chłodzony obracany walec gdzie następuje momentalne schłodzenie stopu. Dalej taśma jest walcowana. Już stal elektrotechniczna szczególnie cieńka o zorientowanych domenach ( diagram produkcji poniżej ) jest dużo droższa od zwykłej stali bowiem jej produkcja jest skomplikowana i energochłonna ! Tak więc w eksploatacji transformator oszczędny zużyje mniej energii elektrycznej ale więcej jej trzeba wydatkować w fazie produkcji i recyklingu.

-Silniki indukcyjne o małym poborze mocy jałowej są droższe i cięższe od zwykłych. Sprawa jest podobna jak z transformatorami. Silniki te są największym przemysłowym konsumentem energii.
-Oświetlenie pożera 12% energii elektrycznej w skali świata. Znacznie lepsze od żarówek świetlówki kompaktowe wyparły lamy LED o typowej obecnej sprawności 100 lm /W ale najlepsza komercyjna lampa ma wydajność 231 lm/w a model laboratoryjny diody LED ma wydajność ponad 330 lm /W co jest wartością fascynującą biorąc pod uwagę że przy świetle zielonym o długości fali 555 nm równoważnik energetyczny promieniowania świetlnego wynosi 683 lm/W czyli genialny LED jest bliski 50% sprawności ! Oczywiście ważna jest sprawność oprawy lampy. Oświetlenie może być automatycznie wyłączane gdy nie jest potrzebne.
-Przyrost sprawności jest często pochodną skali. Większy silnik i transformator ma większą sprawność ale duży piec łukowy do przetopu stali ma jednostkowo mniejsze zużycie energii elektrycznej. Recykling stali z piecem łukowym i linią do ciągłego odlewania jest dość oszczędny
-Przy przemieszczaniu mniejszą masę i mniejsze zużycie energii uzyskuje się stosują do konstrukcji aluminium, magnez, tytan i włókna węglowe... ale ich produkcja jest makabrycznie energożerna. 
-Od dawna urządzenia w trybie czuwania Standby mogą pobierać znikomą moc.

Zatem energooszczędność to od lat pochodna rozwoju technologii !

Produkowane masowo proste mikrokontrolery są bardzo tanie co otwiera pola wielu zastosowań, także do oszczędzania energii w oświetleniu.
System sterowania oświetleniem DALI ( Digital Addressable Lighting Interface ) powstał przy współpracy między innymi firm Philips, Helvar, Osram i Tridonic. Został znormalizowany w normie IEC 62386. Magistrala DALI  to dwużyłowy przewód o przekroju 1,5mm2 o długości do 300 m. Napięcie na magistrali jednocześnie zasilającej urządzenia wynosi 16V a prąd pobierany przez urządzenie nie powinien przekraczać 2 mA. Szybkość pół dupleksowej transmisji asynchronicznej wynosi ledwie 1200 Bits /s. Komunikaty są 2,3 i 4 bajtowe. Adresowanych urządzeń może być maksymalnie 63. Na magistrali pracują kontrolery ale też czujniki na przykład światła i obecności ludzi oraz przełączniki. Jasność jest wyznaczona przesyłanym słowem 8 bitowym na 254 poziomach.
DMX lub DMX512 opracowano do zastosowań w oświetleniu rozrywkowym i scenicznym. Jest użyteczny do sterowania wielu kolorowych lamp LED. Stosuje on kabel symetryczny i standard RS485 z szybkością transmisji 250 kBit/s. Dane są przesyłane jednokierunkowo w sposób ciągły w sekwencji dla maksymalnie 512 kanałów. Każdy kanał ściemniania DMX512 kontroluje jednego odbiorcę i przesyła bajt danych o jasności. Rozszerzenie protokołu DMX umożliwia dwukierunkową komunikację między sterownikiem oświetlenia a oprawami oświetleniowymi obsługującymi RDM. 

 W 2020 roku średnie rządowe nakłady na Badania i Rozwój R&D w UE wyniosły 225 Euro na głowę. Najwięcej w Luksemburgu 648 €, najmniej w Rumuni 14 € a w Polsce 54 €. Nie jest znany w Polsce ani jeden poważny rezultat tych Badań i Rozwoju i jest to oszustwo księgowe. 

Normalnym stanem rozwijającej się technologicznie gospodarki jest wzrost produktywności. Automatyzacja winna ją powiększać. Tymczasem w Wielkiej Brytanii ponad 15 lat trwa zastój w tej mierze. Ale we Włoszech produktywność nie rośnie od 1995 roku a realne płace nie rosną już od 1990 roku. W USA produktywność generalnie rośnie ale w budownictwie spada ( z przerwami ) od 1974 roku ! 

Przeprowadzone w 2020 roku obszerne badania wskazują że rosnące płace w grupach pracowników o małych umiejętnościach sprzyjają automatyzacji a rosnące płace wykwalifikowanych pracowników hamują ją. To wyjaśnia różne pozornie dziwne procesy w wielu krajach świata. W Polsce automatyzacja i robotyzacja się nie opłaca bo robotnik jest tańszy. Lepiej zapłacić poganiaczowi robotnika.
Sprowadzenie do Polski imigrantów do prostych prac ma dwa skutki. Po pierwsze hamuje wzrost płac a po drugie hamuje automatyzacje. Z jednej strony jest radość Januszy biznesu z taniego pracownika ale z drugiej strony jest potężna długofalowa szkoda wynikająca z zaniechania modernizacji a w tym automatyzacji.

Stal była, jest i będzie podstawowym materiałem dla przemysłu czyli realnej gospodarki. Recykling złomowej stali w piecu łukowym i zasilanej z niego linii Ciągłego Odlewania Stali jest dość oszczędny energetycznie. Trudno jest nazwać normalną sytuacje gdy Chiny produkują więcej stali niż reszta świata. Dużo stali produkują oczywiście potężni eksporterzy czyli poza Chinami, Japonia, Korea i Niemcy. Jest to też średnio stal lepszej jakości niż produkowana w USA

Na wykresie pokazano siłę imperiów od 1500 roku. Nic nie trwa wiecznie. Wszystko na to wskazuje że USA zostaną pokojowo pokonane przez Chiny i obecne porządki międzynarodowe zostaną gruntownie zmienione. Siła gospodarcza USA topnieje od lat i hegemonia trzyma się na Pentagonie i dolarze czyli też Pentagonie, którego Image po fikołku w Afganistanie mocno ucierpiał. 

Na wykresie pokazano nominalne ceny wybranych produktów i usług w USA w okresie 1997-2017 z uwzględnieniem ich funkcjonalności. Inflacja konsumencka w tym okresie wyniosła 55.6% i w przybliżeniu o tyle samo zdrożała żywność i napoje. Nowe samochody zachowały cenę ale z uwzględnieniem wzrostu funkcjonalności. Cenę zachowały też ubrania i wyposażenie mieszkania.
O połowę staniały usługi telefonii komórkowej a jeszcze bardziej programy i zabawki dla dzieci.
Liderem spadku do 3% ceny początkowej są odbiorniki telewizyjnej LCD-LED. Współczesny odbiornik ma wbudowany komputerek zbudowany z układów scalonych wyprodukowanych w Azji, podobnie jak ekran LCD – LED i inne elementy. Czyli ogromny postęp technologiczny i automatyzacja produkcji w Azji dały wielki spadek cen TVC i innych produktów w USA i na całym świecie. Natomiast ceny rodzimej  „produkcji”  USA mocno wzrosły. Do circa 120% wzrosła cena opieki nad dziećmi i opieka medyczna. Opłaty za College 180%, książki 195% no i usługi szpitalne 240 %.
Tanie wyroby z Azji o coraz lepszej funkcjonalności hamowały inflacje na całym świecie a nie tylko w USA.  

„Kadry decydują o wszystkim” Bogata Ameryka w procesie  Brain Drain długo po wojnie zabierała  najlepsze kadry ze świata. Ameryka po dezindustralizacji fachowych kadr realnie potrzebuje mało.
Wielka była i jest rola organizacji wielkich firm. Bell Laboratories wyhodował największą ilość Noblistów w świecie
Geniusz Polaków mógł się niestety objawić tylko za granicą, choćby Maria Curie Skłodowska,  Jan Czochralski czy Edison metalurgii Tadeusz Sędzimir.
Firma technologiczna HackerRank.com  znana jest z przygotowywania różnego rodzaju zawodów dla programistów z całego świata. W 2020 roku wzięło w nich udział 1.5 mln  programistów ze 162 krajów. Oceniane są osiągnięte wyniki oraz szybkość wykonania  zadania. Polscy programiści  zajęli w nich 3 miejsce z wynikiem aż 98 punktów, programiści z USA znaleźli się na 28 miejscu zdobywając  78 punktów.
Na wykresie tej firmy przedstawiono udział nauki pierwszego języka programowania w kolejnych generacjach programistów.
Od lat zwiększa się popularność dominującego języka C. Rośnie też popularność C++ ale jest znacznie mniejsza. Popularność Java rosła ale się nasyciła. Basic i Pascal schodzą na margines.
•    Gen Z: Born 1997-2012
•    Millennial: Born 1981-1996
•    Gen X: Born 1965-1980
•    Baby Boomer: Born 1946-1964

Ideę zastąpienia w USA rodzimej produkcji importem z Azji a głównie z Chin z przejściem na usługi a w tym projektowanie, krytykowano jako głupią już 30 lat temu tłumacząc że nowoczesne usługi są tylko wokół produkcji.
 W USA część populacji jest „zbędna” Ponad 40 mln rodzin czyli około 120 mln Amerykanów żyje w głębokim w ubóstwie pobierając bony żywnościowe. Bony żywnościowe, czyli pomoc finansowa na zakup żywności, Supplemental Nutrition Assistance Program, to ważny element amerykańskiej walki z głodem.

 Sprawność wielkich wolnoobrotowych silników Diesla napędzających wielkie statki oceaniczne jest powyżej 50%. W statkach silny jest efekt skali co motywuje do budowy wielkich jednostek. Ale są też czynniki ograniczające.
Yuan Rui Yang to tankowiec klasy VLCC zamówiony przez firmę COSCO Shipping. Jego testy na morzu zakończyły się 11 września 2021. Posiada silnik zasilany LNG i zbiorniki pozwalające zmieścić 3500 m3  tego płynnego paliwa. LNG daje znacznie mniejszą emisji gazów cieplarnianych niż HFO czyli mazut.
Ciekły metan jest w gazowcach przewożony w zbiornikach kriogenicznych w temperaturze poniżej -163C. Ponieważ izolacja cieplna zbiorników nie jest doskonała odparowujący metan jest zużywany przez napęd. Można go tez z powrotem skroplić sprężając i chłodząc  co wymaga energii. Z tego względu metan nie może być długo przechowywany na statku traktowanych jak magazyn – w przeciwieństwie do ropy na tankowcu.
Możliwość przechowywania ropy naftowej na tankowcach odrobinę stabilizuje efekty spekulacji ropą. Gaz ziemny jest przechowywanych w wielkich podziemnych zbiornikach należących z reguły do właściciela systemu przesyłowego i efekty spekulacji gazem są zdumiewające. W Europie cena „papierowego” gazu w ciągu 2021 roku już wzrosła 4 x krotnie ! 

Tak jak w nowoczesnych elektrowniach najwyższą sprawność można osiągnąć wpierw używając paliwa w turbinie gazowej z której gorące spaliny w kotle wytwarzają parą do turbiny parowej.
Paliwo ciekłe lub gazowe dla turbiny spalinowej musi być jednak dość czyste. Węgiel nie może być tak użyty.

O sprawności budowanych elektrowni cieplnych decydują względne ceny paliw do użytych materiałów i surowców. Pierwszą elektrownie o nadkrytycznych parametrach pary uruchomiono w USA już w 1957 roku. W USA masowo produkowano lotnicze silniki odrzutowe i tam najszybciej opanowano potrzebną technologie materiałów żaroodpornych. Technologie ultranadkrytyczną porzucono w USA z uwagi na wysoką awaryjność bloków w sytuacji gdy ceny paliw były niskie. Była niekonkurencyjna na tle konwencjonalnych bloków o niższej sprawności.

Zielona generacja jest niekontrolowalna i gdy nie wieje w Europie Zachodniej na dużym obszarze dochodzi na giełdach energii elektrycznej do prawdziwej orgii cen. Niedawno w Wielkiej Brytanii energia elektryczna na giełdzie kosztowała średnio 73 £/MWh ale 15.09.2021 660 £ , była ze szczytem ponad 2500 £. Podniesiono giełdowy limit cen energii z 3000 do 6000 £ /MWh co zwiastuje dalsze szaleństwo. Dystrybutor energii który ma niewielką  marże przy ustalonych taryfach dla odbiorców po kilku takich dłuższych  incydentach może zbankrutować.

Przerwa w dostawie energii elektrycznej spowodowała spore straty w fabryce mikroelektroniki Infineon w Dreźnie. Na terenie dużej stacji energetycznej zasilającej obszar znaleziono fragmenty metalizowanego balonu o rozmiarach 80 x 120 cm który spowodowały przebicie. Balonów takich używa się na wystawach. Południowa Saksonia jest terenem niespokojnym pod względem politycznym. W tym regionie duże jest poparcie dla prawicowo-populistycznej Alternatywy dla Niemiec AfD. Nie znaleziono jednak elementów dywersyjnego drona czy innego szkodnika. Faktem jest że skuteczne zaatakowanie linii NN i WN oraz stacji elektroenergetycznej przez drona jest całkiem łatwe.

Temat kosztów powodowanych przerwami w dostawie energii elektrycznej jest znany od wielu dekad. Jeszcze niedawno w I Świecie przerwy w dostawie energii były powodowane głównie zjawiskami pogodowymi natomiast nigdy nie brakowało mocy w systemie. Zawiniona przerwa w dostawie uprawniła do żądania odszkodowania.
Długie w przerwy w dostawach energii elektrycznej występowały w krajach III Świata subsydiujących energie elektryczną. Korumpujące rządy zachodnie firmy nie miały tam przerw w dostawie energii konsumując subsydia.
Zielona energetyka wszystko zmienia.
Znaczną część kosztu kotła energetycznego elektrowni cieplnej stanowi przegrzewacz pary. Jego trwałość zależy praktycznie od ilości zmian temperatury powodujących zmiany wymiarów skutkiem rozszerzania cieplnego i powstawania naprężeń mechanicznych prowadzących do powstawania mikropęknięć w materiale. Ponieważ elektrownie cieplne wobec niestabilnej zielonej generacji muszą szybko zmieniać dostarczaną do sieci przesyłowej moc, szybko wzrasta ich kosztowna awaryjność. Oczywiście skłoni to właścicieli elektrowni do żądania podwyższania cen lub zakończą one nie rentowną generację. Zielona energetyka jest niestety totalnie niezgodna z energetyką jądrową gdzie regulacja jest płytka i kosztowna.  
Tam gdzie przerwy w dostawie energii są bardzo kosztowne konieczny będzie w firmie wielki akumulator czyli magazyn energii.
Gdy ilość przerw będzie rosła, konieczne będzie mocne rozbudowanie programów sterujących aby jak najszybciej znormalizować produkcje po przerwie w pracy z powodu braku energii. 

Gdy w sieci Niskiego Napięcia (=nn) pracują instalacje fotowoltaiczne PV musi być ona przewymiarowana na moc szczytową. Większy transformator SN/nn ma większe jałowe straty mocy pobierane przez okrągły rok ! Produkowane są transformatory o znacznie  mniejszych stratach jałowych niż typowe.
Przykład. Rdzeń zwijany z taśmy grubości 25 um, popularna Metglas 2605 SA1, jest z amorficznych  szkieł metalicznych FeSiB. Małostratny transformator jest o 20% cięższy i ponad dwukrotnie droższy. Jałowy pobór  mocy transformatora 500KVA wynosi 660W natomiast transformatora z rdzeniem z Metglas tylko 215W.  Przy obciążeniu 40% Pn straty mocy wynoszą odpowiednio  1353 W i 1207 W. Przy pełnej mocy straty mocy transformatora energooszczędnego są trochę większe !

Jednofazowe transformatory dystrybucyjne SN/nn z rdzeniem z materiału amorficznego produkuje przykładowo koncern ABB w USA. O ile w Europie trójfazowe transformatory dystrybucyjne SN/nn zasilają wiele domów - mieszkań to w USA tylko jeden dom lub parę. W takim rozwiązaniu szczytowy pobór mocy w stosunku do mocy średniej ( brak uśrednienia poboru mocy od wielu odbiorców) jest wyższy i niskostratny transformator daje istotnie większą korzyść. Opinie na temat niskostratnych transformatorów są od dawna podzielone i nie zawsze ich zastosowanie daje długoczasowe korzyści ! Kluczowy jest histogram poboru mocy przez odbiorców.
Tak czy owak instalacje PV generują straty w sieci i trzeba inwestować w grubsze przewody i drogie, oszczędne transformatory.

Podstawę nadchodzącej generacji energii elektrycznej mogą stanowić elektrownie jądrowe i elektrociepłownie gazowe. Magazynami energii są od dekad elektrownie pompowo - szczytowe a będą też zaprzęgnięte do tej roli wielkie zestawy akumulatorów. Jak na razie elektrownie pompowo – szczytowe są najtańsze ale potrzebny jest odpowiedni teren aby elektrownie taki zbudować. 
Cena sprzedawanej przez elektrownie energii mocno zmienia się w ciągu doby. Inny wykres cen jest w weekend i święta. Zależy też od od pory roku.   Im większy jest  w bilansie udział Zielonej Generacji generacji tym większa będzie zmienność i nieregularność cen.
Bloki elektrowni cieplnych pracowały z mocą 40-100%. Minimalna moc wynika ze stabilności płomienia w kotle. Odstawienie bloku jest kosztowne. Optymalizacją palników i  kotłów udało się to minimum znacznie zmniejszyć. Hydroelektrownia pompowo – szczytowa zużywając tanią nocną energie pompuje wodę do wysokiego zbiornika a gdy brakuje energii w systemie pracuje jako elektrownia wodna.  
W 1972 roku ukazała się obszerna książka „Mathematical Foundations for Design: Civil Engineering System”, R.Stark, R. Nichols. Kolejne wydania ( ostatnie znane z 2005 roku) są rozszerzone i zmienione. Książka poświęcona jest głownie zastosowaniu różnej optymalizacji.  Jej zaletą jest duża ilość ciekawych rozwiązanych przykładów i zadań do rozwiązania. Te przykłady uczą formułowania zadań do optymalizacji. Przykład 5.20 w rozdziale 5 poświęconym optymalizacji nieliniowej, dotyczy systemu energetycznego z elektrownią jądrową, cieplną i pompowo – szczytową.
N.B. Budzi zdziwienie że przez ponad 30 lat nie zbudowano w Polsce elektrowni pompowo – szczytowych !

Przy danym materiale rdzenia i uzwojenia o konkretnych parametrach, transformator można zoptymalizować na:
-Najmniejszą masę
-Najmniejszą objętość
-Najmniejszą cenę
-Najmniejszy sumaryczny koszt produkcji i użytkowania ( koszt wieloletnich strat energii jałowej i obciążeniowej )  w podanym horyzoncie czasowym przy danym oprocentowaniu kredytu, cenie energii i  określonym histogramie obciążeń.
Gdy kredyt jest tani optymalny transformator ma mniejsze straty. 

Pieniądz stanowi uniwersalną miarę wartości wszystkiego. Dotacjami i podatkami można tą miarę zakłócić. Do optymalizacji projektów potrzeba często właśnie cen.
Gdy ustalamy wartość życia ludzkiego ( na przykład do sporządzenia katalogu należnych z ubezpieczenia świadczeń medycznych dla optymalizacja zdrowia populacji) podnoszą się głosy że „ludzkie życie jest bezcenne” Te głośne głosy pochodzą z reguły od ludzi zainteresowanych dalszym czerpaniem korzyści z niezdrowej sytuacji.
Optymalizując system transportu trzeba brać pod uwagę m.in. koszt czasu kierowcy i pasażerów. W przypadku zawodowego kierowcy w czasie pracy jest to faktyczny koszt ponoszony przez pracodawce ale przecież nonsensem jest przyjęcie że czas kierowców prywatnych samochodów i wszelkich pasażerów jest darmowy.
Z oszacowanymi cenami warto obejrzeć wykresy optymalizowanej funkcji celu dla oceny jej wrażliwości właśnie od tych cen. Gdy nie jest duża błąd w ocenie cen jest mało istotny ale gdy jest duża i popełnimy błąd w  wyznaczeniu cen, wynik jest nonsensowny. 
W czasach turbulentnych trudno jest cokolwiek dokładnie przewidzieć. Z przedstawionego wykresu wynika że pieniądz Fiat ulega szybkiej inflacji, której to przecież zawsze towarzyszą zmiany stosunków różnych cen. Za ostatnie 800 lat ceny wzrosły prawie 10 tysięcy razy czyli na tle polskiej inflacji niewiele bo tyle wynosiła przecież denominacja złotego w 1995 roku.

Projekt optymalnego domu uwzględnia izolacje cieplną gdy do kosztu budowy dodamy koszt energii cieplnej na ogrzewanie na nadchodzące 50 lat.

Cenowa elastyczność popytu to  stosunek względnej  zmiany wielkości popytu do względnej zmiany ceny. Popyt może być sztywny, nieelastyczny, proporcjonalny, elastyczny, doskonale elastyczny. 
W przypadku rodziny używającej samochodu popyt na paliwo ( ono nie ma substytutu chyba ze energie elektryczną do EV  ) może być sztywny gdy rodzina nie może się bez samochodu obejść bo potrzeba dzieci dowieźć do szkół i przedszkola i samemu dojechać do pracy. Ale osoba samotna nie mieszkająca na pustkowiu może zrezygnować z samochodu korzystając z komunikacji miejskiej lub roweru lub dojść pieszo.
Ludzie nie zmieniają też przyzwyczajeń w korzystaniu z energii elektrycznej gdy podnoszona jest jej cena czyli popyt jest sztywny.

Tradycyjnie system elektroenergetyczny musiał podołać zapotrzebowaniu szczytowemu. Przerwa w dostawie oznaczała awarie.
 
Przemysły energożerne od dawna zmieniają pobór mocy tak aby kupować tylko tanią energie elektryczną.

Oczywiście przyszły system ze znaczną zieloną generacją nie może na dziko odłączać odbiorców lub kompletnie upaść gdy braknie w nim mocy. Trzeba wykorzystać mechanizm cenowej elastyczności popytu. Z powodu zatrucia rdzenia reaktora jądrowego po awaryjnym zrzucie generacji w przypadku upadku systemu energetycznego, reaktor można uruchomić dopiero nawet po 21 godzinach ! Upadek systemu z braku mocy musi być wykluczony totalnie.

-Straty spowodowane brakiem energii są wysokie w przypadku przemysłu mikroelektronicznego czy farmacji. Procesy fizyczne i chemiczne są przerwane i z reguły trzeba instalacje ( reaktor biochemiczny) opróżnić a nawet umyć. Nie ma prostego sposobu modyfikacji procesu aby zmniejszyć pobór mocy. Koszt okresowo drogiej energii zostanie wliczony do ceny wyrobu ale jest to ułamek ceny.
 

-Sale zabiegowe w szpitalach powinny mieć zasilacze bezprzerwowe UPS a szpital powinien mieć szybko uruchamiający się awaryjny agregat Diesla. Praktyka jest zupełnie inna i przerwa w dostawie energii może kosztować życie operowanego lub reanimowanego lub korzystającego z respiratora czy koncentratora tlenu pacjenta czy transportowanego windą

-Energożerne są szybkie pociągi. Moc napędu rośnie w przybliżeniu z trzecią potęgą prędkości. Gdy cena energii mocno podskoczy trzeba zwolnić. Szybka kolej ma wydzielone linie i na samych szybkich liniach nie powstanie dezorganizacja. Mankamentem jest częściowa dezorganizacja całego skoordynowanego, zintegrowanego systemu transportowego no ale Polska na razie takowego nie ma wcale. 

-Gdy energia robi się droga można wyłączyć co drugą uliczną latarnie. Kierowcy i piesi są zawsze zobowiązani zachować ostrożność i ruch samochodowy trochę zwolni. Koszt dodatkowych wypadków musi być mniejszy od kosztu energii. Życie ludzki ma swoją cenę a ci którzy twierdza że jest ono bezcenne często uwikłani są w korupcje i zainteresowani aby nie stosowano racjonalnych rozwiązań

-Koszt wyłączenia dostawy wody i przepompowni kanalizacji jest wysoki i tych obiektów nie można wyłączać. 

Zmiany w strukturze generacji są powolne. Było i jest dużo czasu na doskonalenie algorytmów i prawa.
Należy wykorzystywać mechanizmy runku. Ale tych którzy naiwnie myślą że rynek wszystko załatwi -  rynek Was załatwi.


Sprawdzenie
1.Sformułowanie problemu do optymalizacji z reguły nie jest oczywiste i dobrze jest rozpocząć od prostych przykładów.
W 1983 roku żarówka mocy p=100W ( na napięcie 220V ) kosztowała detalicznie k=20 zł. Miała nominalną trwałość z=1000 h , ( nominalny strumień początkowy 1400 lm nie powinien spaść poniżej 70% po 1000 godzin pracy). Energia dla gospodarstw domowych kosztowała c=1.8 zł / KWh. W ogólności dla żarówki:
Strumień światła S żarówki jest proporcjonalny do  V^3.4, Nominalne napięcie zasilania V=1
Pobór mocy P żarówki jest proporcjonalny do V^1.6
Żywotność Z żarówki jest proporcjonalna  do V^−16
Temperatura barwowa światła żarówki jest proporcjonalna do V^0.42

Na wykresie pokazano strumień światła S, pobieraną moc P i żywotność żarówki Z w funkcji znormalizowanego napięcia V w przedziale 0.9...1.3. Przy nominalnym napięciu 1 wszystkie te wartości wynoszą oczywiście 1. Tak więc obniżenie napięcia tylko o 5% więcej niż podwaja żywotność żarówki ale zmniejsza strumień o 16%. Wskaźnik W (skala na wykresie jest nieistotna i dobrana dla prezentacji ) równy jest iloczynowi strumienia i żywotności żarówki podzielonego przez sumę kosztów pobranej energii w czasie życia żarówki i ceny żarówki. Ponieważ żarówka jest bardzo tania na tle energii, wskaźnik osiąga maksimum dla napięcia 1.19 gdy żarówka świeci bardzo wydajnie i bardzo mocno ale bardzo krótko.  Ale gdy cena żarówki wynosi 200 zł ( wymiana żarówki i przerwa w oświetleniu też kosztują ) wskaźnik osiąga maksimum przy 1.015 czyli praktycznie przy napięciu nominalnym.

-Przy analitycznie ( wyprowadź wzór )  jakim napięciu sieciowym żarówka ta ( pomijając zmianę barwy światła i spadek strumienia w czasie pracy, tylko uszkodzenie  ) daje najtańsze oświetlenie czyli strumień światła x czas... czyli maksimum wskaźnika W
 
N.B Podobne jest zadanie dla najlepszej częstotliwości taktowania procesów tracący trwałość wskutek temperatury z uwzględnieniem kosztu czasu osoby korzystającej z szybszego komputera.

2.Prawa podobieństwa dla transformatorów ( także silników elektrycznych ) zakładają taką samą gęstość prądu w uzwojeniach J=const i indukcje maksymalną w rdzeniu B=const i takie same kształty. Wynikają z nich względne wymiary, moce, straty mocy i sprawność. Oczywiście większy transformator ma mniejsze straty mocy. Wyprowadź wzór określający jałowe straty gdy jeden transformator o mocy 2 zastępuje 2 równolegle pracujące o mocy 1. Dla sprawdzenia wzoru – straty są mniejsze o circa 16%.
 
3.Prawa podobieństwa występują w innych działach fizyki ( także w przyrodzie żywej ) i techniki. N.B. Samopodobne są fraktale.
-Wymień znane ci działy inżynierii i ich prawa podobieństwa

4.Indukcyjność wielowarstwowej ciasnej cewki powietrznej wynosi:

Gdzie r - średni promień, l – długość, d – grubość czyli różnica między promieniem zewnętrznym a wewnętrznym, N - liczba zwojów.
-Przy jakich proporcjach wymiarów, cewka nawinięta drutem tej samej długości ma ( grubość drutu niesprecyzowana, oczywiście nie uwzględniać kwantyzacji ilości warstw i wymiarów ) największą indukcyjność. Rozwiązanie analityczne może być przybliżone.


Ćwiczenie
1.Szybkie przełączniki mocy używane są do generacji impulsów wysokiego napięcia HV.
Znany z filmów Krytron podaje impuls do zapalnika plazmowego w ładunku kompresującym w głowicy jądrowej i termojądrowej. Inny przełącznik podaje HV do generatora neutronów.
Impuls zasilania HV podaje się do magnetronu w radarze impulsowym. Do testowania wytrzymałości urządzeń elektrycznych i elektronicznych generator testowy podaje potężne impulsy podobne do stłumionego impulsu pioruna. Impulsy HV są używane w wielu przyrządach badawczych.
Szybkim włącznikiem może być ceramiczny Spark Gap także z elektrodą inicjującą ale znosi on tylko podany przez producenta całkowity ładunek elektryczny jaki może przez niego przepłynąć natomiast szczytowa wartość prądu może być ogromna.
Większość diod, poza częścią diod Ultrafast, ma duża impulsową przeciążalność prądową. Dużą przeciążalność mają też tyrystory. Części tranzystorów bipolarnych producenci podają że mają impulsową przeciążalność prądową 200% ale jest to czysta fikcja bowiem wzmocnienie przy dużych prądach gwałtownie spada ( im wyższe jest Uceo tym mocniej ) i gwałtownie psują się parametry dynamiczne a oprócz tego jest wąski obszar bezpiecznej pracy SOA. W praktyce rzadko przekracza się 50% prądu maksymalnego ciągłego kolektora. Diody, tyrystory i tranzystory bipolarne są tym wolniejsze im mają większe napięcie maksymalne. Z uwagi na początkową koncentracje prądu szybkość narastania prądu tyrystora di/dt jest mocno ograniczona a przy szybkim narastania prądu wymagany jest szybki i silny impuls bramkowy.
Tranzystory Mosfet mają 3-4 krotną impulsową przeciążalność prądowa, spadająca z temperaturą i duży obszar bezpiecznej pracy. Szybkość nie zależy od maksymalnego napięcia Uds i jest bardzo duża.
Szybkość załączania i wyłączania IBGT spada wraz z napięciem. Przykładowy tranzystor IGBT FGL40N120AND (Vces=1200V) ma w temperaturze Tc=25C maksymalny ciągły prąd kolektora 64A spadający przy 100C do 40A a prąd impulsowy 160A ograniczony jest temperaturą struktury. Na wykresie pokazano że przy napięcie bramki Ug=20V przy prądzie kolektora Ic=300A statyczny spadek na tranzystorze wynosi trochę ponad 7V. Natomiast czas załączania rośnie wraz  z załączanym prądem. I tak przy Ug=15V i Rg=5 Ohm faza załączania tr prądu Ic=40A trwa 22 ns ale przy 80A rośnie aż do 130 ns. Przy dużych prądach kolektora czas narastania tr szybko spada z napięciem bramki, które Vges dla tego tranzystora nie powinno przekroczyć +-25V. Efekt ten wyjaśnia już model IGBT składający się z tranzystora Mosfet i bipolarnego PNP.
Przy szybkim załączeniu przez IGBT napięcia do małej indukcyjności napięcie Uce spadnie ale może przy rosnącym prądzie podnieść się nawet do setek woltów. Toteż napięcie bramki bardzo szybko załączanego IGBT powinno być jak największe aby napięcie Uce nie podskoczyło.
Wszystkie półprzewodnikowe klucze na bardzo duże napięcia (>1200V) są wrażliwe na promieniowanie kosmiczne i napięcia maksymalne tolerują tylko przez bardzo krótki okres czasu. 
W znanej publikacji IGBT o prądzie ciągłym 60A ( Vces=1200V ) względnie krótki impuls prądu kolektora dochodzi do 1000A. Podano tam szybki i bardzo duży impuls napięcia bramki.
 
W układzie testowym tranzystor  FGL40N120AND podaje napięcie bliskie 1200V z trzech połączonych równolegle kondensatorów impulsowych PP 33nF ( większe kondensatory są nieobecne na PCB) o podwójnych wyprowadzeniach do 1 zwoja (!) podwyższającego transformatora.
Paro zwojowym uzwojeniem wtórnym można podać na przykład impuls testowy symetryczny lub asymetryczny w obwodzie sieci zasilającej. Bardzo dobrym, szerokopasmowym  materiałem użytego rdzenia jest amorficzne szkło metaliczne Metglas 2605 SA1.
Zgromadzona w kondensatorach energia około 70 mJ jest bezpieczna a pompująca kondensatory przetworniczka zasilana z baterii  jest małej mocy. Impuls z kondensatora jest jednak dla człowieka bardzo nieprzyjemny. Celowo dla bezpieczeństwa zastosowano małą energie. Można z grubsza przyjąć że jest  w obwodzie równoważna indukcyjność 1.1 uH co daje obserwowany półokres narastania prądu wynosi około 0.5 us a początkowa stromość przekracza 1000A/us. Przy impedancji falowej  LC circa 3.3 Ohm prąd Ic realnie dochodzi do 300 A. Przy 10 zwojach uzwojenia wtórnego zawsze zachodzi przebicie na przerwie iskrowej 2 mm.
Zastosowano do sterowania bramki IGBT popularny driver półmostka IR2113 (pdf) wykonany w technologi CMOS wykorzystując tylko dolny driver. Zwraca uwagę niesamowita żywotność rynkowa tych innowacyjnych kiedyś układów.  Układ zawiera konwertery poziomów napięć. Maksymalne zalecane napięcie zasilania drivera bramki wynosi 20V ale maksymalne wynosi 25V. Osobne zasilanie Vdd części wejściowej układu może wynosi nawet 3.3V co pozwala bezpośrednio kontrolować układ nowoczesnym mikrokontrolerem. Przy „bramkowym” obciążeniu 1000 pF czasy narastania /opadania tr / tf przy napięcie Vcc=15V wynoszą 25 / 17 ns i spadają ze wzrostem napięcia Vcc.  Wzrost pojemności obciążenia szybko zwiększa oba czasy. Przy zasilaniu Vcc=20 V ( impulsowy !) prąd zwarcia do GND  wyjścia drivera przy t=25C wynosi 3.6A. 
Zastosowano nierekomendowane napięcia zasilania Vcc= 22V. Po wyjęciu Jumpera działa za driverem komplementarny wtórnik na niskonapięciowych tranzystorach NPN+PNP. Wtórnik taki może do bramki dużego tranzystora IGBT dostarczyć prąd ponad 15A.
Projekt PCB z małym indukcyjnościami ścieżek jest oczywiście krytyczny !
-Zaproponuj inne szybkie drivery IGBT o dużej wydajności z ogólnie dostępnych elementów.

2.Technologia BiCMOS w stosunku do CMOS wymaga dodatkowych procesów i jest droższa.
Zastosowanie jej do procesorów było nieporozumieniem. Użyto jej tylko w masowych Pentium, Pentium Pro, and SuperSPARC. Natomiast technologia BiCMOS jest doskonała do różnych układów, w tym układów mocy i z logiką.
Podstawowa stara seria logiczna CD40 i 45 XX, XXX jest CMOS. Później dodano do niej układy o funkcjach z serii TTL 74. Układ 40244 to osiem trójstanowych  buforów w dwóch grupach po 4 z sygnałami Enable. Układ logicznie jest jak 74X244 ale wykonany technologią BiCMOS ale w dodatku na duże maksymalne napięcie zasilania jak seria B 4000. Jest wolniejszy niż 74X244 ale dużo szybszy niż seria 4000. Przy napięciu zasilania Vcc=15V typowy czas obu propagacji sygnałów wynosi 30 ns a obu przełączeń 15 ns. Wydajność prądowa jest duża i przy Vcc=15 średni czas przełączeń przy obciążeniu aż 1000 pF wynosi około 90 ns.

W technologi CMOS tranzystor P jest dużo wolniejszy niż N i ma wielokrotnie większą rezystancje załączenia Rdson. Dlatego w tym buforze zastosowano tranzystor NPN jak wtórnik emiterowy dla szybkiego przejścia Ttlh ale dodatkowo równoległy tranzystor P podciąga napięcie co daje charakterystyczną charakterystykę wyjściową.

Natomiast chcąc bardzo szybko sterować bramki dużych tranzystorów Power MOS lub IGBT dużymi prądami można dodać typowy, popularny komplementarny wtórnik NPN+PNP. W ćwiczeniu użyto japońskich komplementarnych tranzystorów 2SD882 i 2SB772, dokumentacje w PDF. Użyto ich w wykonaniu w mniejszych obudowach TO92 niż normalne TO126. Te niskonapięciowe tranzystory mają duże wzmocnienie i małe napięcie nasycenia a dodatkowo przy dużych prądach kolektora wolno spada im częstotliwość graniczna. Dla Ic=1A  wynosi około 80 MHZ a dla 3A nadal ponad 40 MHz. Prąd Icm wynosi aż 7A.

-Narysuj schemat jednego bufora z elementarnych tranzystorów N,P i NPN.
-Jaki jest przy Vcc=15V czas przełączania tego bufora z komplementarnym wtórnikiem z wymienionymi tranzystorami pojemności aż 10 nF. Dostępne są wszelkie metody ale przebieg oscyloskopem wolno obejrzeć dopiero po ustaleniu czasów aby ich nie dopasowywać.

3.Jednofazowy transformator o mocy 400 VA na napięcia pierwotne / wtórne pod 100% obciążeniem,  230:230 Vac zasilany jest z regulowanego autotransformatora  a pobór mocy jałowej, prąd i napięcie wskazuje wielofunkcyjny przyrząd elektroniczny Lumel ND08 z wyświetlaczem LCD i popularnym interfejsem Modbus – RS485.   
Pobierana jałowa moc i prąd szybko rosną z podanym napięciem co wskazuje że już blisko jest nasycenie rdzenia i zagięcie charakterystyki magnesowania. Podnieś autotransformatorem napięcie tak aby moc jałowa wzrosła o 50% w stosunku do mocy przy napięciu  230 Vac i obniż aby spadła o  40%. Starty jałowe w miedzi są pomijalne.
-Posługując się dokumentacjami użytej blachy ( pdf ) i transformatora na kilka sposobów ustal z jaką nominalną indukcją w rdzeniu pracuje ten transformator 
-Jaki jest wykładnik funkcji potęgowej aproksymującej straty mocy rdzenia w funkcji napięcia w tych trzech punktach pracy
-Przy jakim napięciu pierwotnym transformator ma największą sprawność obciążony czysto rezystancyjną mocą 50 W. Rezystancje uzwojeń należy zmierzyć DVM. Indukcyjność rozproszenia jest pomijalnie mała. Wykorzystać uzyskaną wcześniej funkcje aproksymacji strat.