Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 147
W Europie tylko trochę słabsza w AI w firmach od Polski jest tylko Rumunia.
Wśród państw UE istnieje zależność pomiędzy wykorzystaniem AI a poziomem PKB na mieszkańca. Wyższy poziom PKB oznacza łatwiejszą dostępność kapitału oraz wyższą korzyść z ograniczenia kosztów pracy. To dodatnie rozwojowe sprzężenie zwrotne.
Ukraińcy słusznie masowo uciekają przed poborem i śmiercią. Nie chcą umierać za oligarchów i wielkich złodziei.
Polscy chłopi byli słusznie wrogo nastawieni do szlachty i powstań. Żeby nakłonić chłopów do obrony ziemi swojego szlachcica straszono ich czymś gorszym niż pańszczyzna ale nikt na to się nie nabrał. Idea dezinformacji, gadzinowej propagandy i mediów ma już wiele lat.
W ramach oszukańczej kampanii wyborczej PO rzucono hasło „deregulacja”.
W ramach „deregulacji” „państwa” polskiego na modłę PO proponowane jest:
-Ułatwienie oszustw na podatku VAT
-Ułatwienia do angażowania na śmieciówkach imigrantów z III Świata
-Zmniejszanie i tak bardzo małych podatków dla zagranicznych firm
Wyszukiwarka w temacie „deregulacja” kieruje nas do artykułu:
https://www.money.pl/podatki/sorry-ale-nie-rafal-brzoska-odpowiada-ws-placy-minimalnej-7126933235510048a.html
Wyróżnione komentarze.
"Polsce potrzebne są przede wszystkim reformy strukturalne w edukacji, ochronie zdrowia, sektorze paliwowo-energetycznym, planowaniu przestrzennym, emeryturach, likwidacja przywilejów i zwolnień oraz redukcja liczby polityków i urzędników wraz z otaczającym ich majdanem doradców, ekspertów, naukowców i analityków."
Głosowanie: Tak 1796 Nie 36
Czyli ogół społeczeństwa doskonale wie czego potrzeba a gadzinowy rząd i media dalej usiłują oszukiwać.
Państwo polskie trzeba zracjonalizować:
-Licytacją na 800 tysięcy wszelkich synekur w państwie, samorządach i spółkach. Urzędy sprzedawano w I RP i były z tego spore wpływy. Nie może być tak że mafijna polityka bierze sobie gratis te dobra.
-Licytacją na Ustawy. Uchwalanie przez PO-PSL ustaw dla deweloperów i banków które sfinansowały im wybory jest nierynkowe !
Coraz więcej jest atrap instytucji opanowanych przez synekury i mafie. Trzeba zrobić Krok dalej.
Polska jako innowacyjna Atrapa i Franczyza w rękach Kapitału:
-Żołnierze z JDG
-Czołgiści i lotnicy B2B tylko z własnymi czołgami i samolotami !
-Tanie Prywatne bataliony ( oligarchowie Ukrainy takie mają ) z imigrantów z III Świata na śmieciówkach zamiast drogich band jak Black Water (USA) lub Wagner (Rosja). Bez ubezpieczenia „zdrowotnego”.
-Bunkry rezerwowane przez Airbnb
-Ekologicznymi elektrycznymi czołgami z wiatrakami i PV zajmie się Uber
-Opatrywanie rannych w promocyjnym pakiecie w Luxmedzie
-Logistykę zapewnią kurierzy i paczkomaty
-Żywność przez Glovo i pyszne.pl
-Odroczone (RRSO 1800 %) terminy płatności na 90 dni
-Wszystko w logice wolnego rynku. Gdy podmioty z Rosji lub Niemiec wylicytują więcej za bunkier lub czołg czy samolot to otrzymują usługę w ramach maksymalizacji zysku.
Jesteśmy Silni, Zwarci i Gotowi. Wszystko jest dopięte na ostatni guzik i nie oddamy ruskim nawet guzika !
Dlaczego obecna administracja USA z taką determinacją chce (chcieć to nie znaczy móc !) przywrócić przemysł w USA i m.in. tak ostro gra cłami ? Dlaczego chce zawładnąć zasobami i gruntami Ukrainy (także Grenlandia) odsuwając od nich Europę ?
Zostało to już oficjalnie powiedziane:
-W ciągu 10 lat dolar stanie się jedną z równorzędnych walut światowych rezerw i niemożliwe będzie jego szalone drukowanie na sfinansowanie gigantycznego importu. Własna produkcja jest konieczna.
-Ponieważ rozwój AI wymiecie ogromną liczbę dobrych miejsc pracy w usługach. Żeby nie doszło do rewolucji trzeba stworzyć nowe, wartościowe miejsca pracy.
Polska oferowała zachodnim firmom Tanią Siłę Roboczą. Polska była europejskim zagłębiem montowni zachodnich firm AGD. Import Chin niestety pobił produkcje na polskim terenie i dalej szybko rośnie. Trzeba zwalniać Polaków i zamykać tu firmy przenosząc się do Chin. Trwa też inwazja tureckiego AGD na europejski rynek. Komentarze pod artykułami: "To nie są żadne polskie fabryki ale zachodnie montownie".
Skończyła się przewaga technologiczna zachodu nad Chinami. Niemcy nie dysponują już światową przewagą technologiczną w żadnej istotnej gałęzi gospodarki poza przemysłem chemicznym ale ten jest dobijany bardzo drogim gazem i energią.
Skończyła się Niemcom tania energia i surowce, skończyła się kwalifikowana i tania siła robocza. Niszczone jest imigracją społeczeństwo.
Nasila się kryzys w niemieckiej branży motoryzacyjnej.
Trwa 8 rok stagnacji w Niemczech. Trwa Burza idealna. Niemcy rozwijający się kryzys "osiągnęli" lewackimi perwersjami:
-Ekoszajbą
-Herzlich willkommen. Nastąpiło zatrucie niestrawnymi nożownikami, gwałcicielami i pasożytami.
-Ideologią badania i szerokiego wdrażania 56 płci u homo sapiens
-Biurokracja, demografia, protekcjonizm...
-Niemcy stoją z produktywnością z powodu braku realnych innowacji oraz zbyt rozbudowanego sektora publicznego
Zielona niemiecka Europa uratuje płonącą planetę ! Naukę i technologie zbudują "inżynierowie i lekarze" z pontonu ! Wojna oznacza biedę.
Prezydent Trump zapowiedział wprowadzenie 25 % cła na import samochodów z Europy. Dotknie to w największym stopniu niemiecką motoryzację, która jest główną gałęzią gospodarki.
Europejczycy są zdziwieni tym że podobne do europejskich samochody z Chin są dwa razy tańsze.
https://www.kierunekchemia.pl/artykul,109220,zdaniem-szczesniaka-dlaczego-chinskie-elektryki-sa-tak-tanie.html
"Zdaniem Szczęśniaka: Dlaczego chińskie elektryki są tak tanie?
Chińskie samochody elektryczne są coraz bardziej atrakcyjne, ich sprzedaż w kraju i za granicami rośnie dynamicznie (+40% r/r). Wręcz przeciwnie niż w Europie, gdzie dominują spadki (-3%). W Chinach udział EV w sprzedaży doszedł do 59%, podczas gdy w Europie w 2024 spadł do 14%, a w USA – 8%.
Trudno się dziwić tak ogromnemu udziałowi w sprzedaży, jeśli wiemy, że w Państwie Środka EV są dzisiaj o jeden procent, (zaledwie, ale jednak) TAŃSZE niż spalinowe! Tańsze, nie droższe, do czego przyzwyczajeni jesteśmy u nas. Porównując ich ceny widać, że u nas EV są prawie 2-krotnie droższe. W Chinach najtańsze elektryki kosztują poniżej 3,5 tysiąca euro, gdy w Europie Dacia Sandero kosztuje powyżej 10 tysięcy €, a w Polsce – 79 tysięcy złotych. Jeśli porównać konkretne modele, wyprodukowane w Chinach, to najtańszy automat Geely (49 kWh, 272 koni) we Francji kosztuje 34 tysiące euro, a w Chinach 20 tysięcy. Atto 3 (60 kWh, 204 konie) w Europie 31 tys. €, w Chinach 21 tys.
Co więc powoduje, że samochody w Chinach są tak tanie?
Pierwsze, co przychodzi do głowy, to dużo tańsza siła robocza w Chinach. I słusznie, płace tam są 3-krotnie niższe niż w Niemczech (czyli gdzieś w okolicach polskich). Problem w tym, że to niewiele ponad 10 procent kosztów. Drugie, co utarło się nam w głowach – to koszty energii. Oczywiście, w Chinach jest ona dużo (prawie o połowę) tańsza. Ale energia to tylko 2 procent kosztów.
Dlatego dla odpowiedzi na tytułowe pytanie, trzeba przyjrzeć się kluczowym kosztom. Największy, prawie jedna trzecia, to bateria i układ napędowy. I tutaj tkwi fundamentalna różnica - własne łańcuchy dostaw są podstawową przewagą konkurencyjną chińskich producentów. Są krótkie i pod kontrolą, a zachodnich OEM-ów - globalnie rozciągnięte i nieprzewidywalne tak cenowo, jak i logistycznie. A dla Chińczyków baterie to właśnie samo serce biznesu EV, jak choćby w BYD, który właśnie od nich zaczynał. A jeśli ten kluczowy składniki kosztów (i jednocześnie kompetencja, decydująca o odbiorze ostatecznego produktu) są wbudowane we własne łańcuchy dostaw, to otrzymuje on je „po kosztach” z ustaloną korporacyjnie marżą zysku. To nieporównywalnie bardziej stabilny i tani system niż zachodni, gdzie nie znasz dnia ani godziny, zależysz od ciągłych wahań cen tysięcy komponentów, niezbędnych w produkcji.
Nie bez znaczenia jest także bliska monopolu pozycja Chin w wielu kluczowych surowcach: metali ziem rzadkich, grafitu czy litu. Chiny mają tu oczywistą przewagę, a to nie ich zasługa. Ale ich powodem do dumy może być wbudowanie ich we własne łańcuchy wartości. I grania nimi, gdy konkurent sięga po protekcjonistyczne narzędzia.
Kolejną przewagą jest ekonomia skali, czy też korzyści skali. To prawo ekonomiczne dość oczywiste - im więcej produkujesz, tym mniejsze są koszty jednostkowe. Oczywiście tylko do pewnego poziomu, ale to działa. Chiny produkują rocznie 11 milionów EV - ilość imponująca, w porównaniu ze stagnacją produkcji w Europie, która zatrzymała się na 3 milionach pojazdów (z UK). Ta „fabryka świata” uzyskała już bezkonkurencyjną ekonomię skali w wielu produktach, jak choćby aluminium, stal, ale także panele słoneczne, dzięki czemu 97% paneli PV w EU to chińskie produkty. W samochodach EV rozwija się podobny scenariusz - ich moce produkcyjne mogą zaspokoić 92% światowych potrzeb. Ich postępy w technice (np. opanowaniu technologii litowo-żelazowo-fosforanowej (LiFePO4) spowodowały spadek ceny pakietu bateryjnego EV w ubiegłym roku aż o 20%.
Jednak ekonomia skali słabo działa bez konkurencji, a ta w Państwie Środka jest niezwykle intensywna. Działa tam niewiarogodna wręcz ilość chińskich i zagranicznych producentów samochodów osobowych. Kiedyś było ich 500, dzisiaj, gdy wściekła rywalizacja znacząco przetrzebiła szeregi, jest ich „zaledwie” 300. Nie wiem, dlaczego przemilcza się ten kluczowy czynnik konkurencyjności. Rozeszliśmy się już z ekonomią rynkową na stałe?
Mała intensywność konkurencji powoduje, że spetryfikowany i rozleniwiony sektor samochodowy Europy nie tylko jest droższy, ale też bardziej powolny, słabiej wprowadzający usprawnienia, nie optymalizujący kosztów, gorzej zarządzający procesami. Czy czymś innym można wytłumaczyć fakt, że Europejczycy potrzebują ponad 200 tygodni (4 lata) na rozwój nowego produktu, gdy Chińczykom wystarcza na to dwukrotnie mniej czasu (120 tygodni)? Albo fakt, że w technologiach baterii mamy 10-letnie zaległości, jak twierdzi szef Forda. I nawet design jest gorszy od chińskiego?
Europejscy producenci to tłuste koty, które o czymś takim, jak wojny cenowe, dawno zapomnieli. Wszystko wskazuje, że spełni się czarna wizja szefa BMW: "segment bazowy produkcji samochodów albo zniknie, albo nie będzie wytwarzany przez europejskich producentów".
Archiwum EnergoPatent.
Tyrystorowe CSI i VSI
Regulowane napędy można podzielić na napędy robocze i serwonapędy. O ich stosowaniu decydują , a przynajmniej powinny decydować, względy ekonomiczne. Dostępne informacje wskazują że nowoczesne zastosowania regulowanych napędów i serwonapędów są wysoko rentowne.
Oczywiście ważny jest koszt kompletnego napędu a więc inwertera z maszyną a ona z sensorami i hamulcem. Koszt musi być odniesiony do funkcjonalności. Dla policzenia kosztów rozwiązań potrzebne są bazy danych z sensownymi cenami podzespołów najlepiej od jednego dużego koncernu światowego lub grupy firm z dużej gospodarki aby uniknąć nonsensownego porównywania ceny dajmy na to bułki z rudą żelaza. Wpływ inflacji winien być usunięty ale ceny powinny być z tego samego okresu ponieważ skutkiem rozwoju technologi stosunki cen ulegają istotnej zmianie.
Przykładowo cena transformatorka wyzwalającego tyrystory dla wszelkich rozwiązań winna być taka sama i zależna od wielkości napięcia pracy.
Dla efektywnego programowego przeszukiwania drzew rozwiązań potrzebna jest znajomość choćby dobrego (jeszcze nie optymalnego ) rozwiązania aby w tracie przeszukiwań jak najszybciej odrzucać gałęzie marnych rozwiązań. Także w programowaniu zerojedynkowym znajomość dobrego rozwiązania początkowego ogromnie skraca czas znalezienia rozwiązania optymalnego.
Ogólnie Optymalizacja bez dobrego punktu wyjściowego może się w ogóle nie powieść.
Poniżej podniesiono głównie aspekty systemowe Inverterów.
Regulowany napęd roboczy jest w lokomotywie, na statku i w maszynach przemysłowych. Może napędzać potężną pompę wody zasilającej bloku elektrowni lub kompresor czy wielki wentylator procesowy. Jest jedno lub rzadziej dwukwadratowy. Rekuperacja energii do sieci energetycznej jest wielką rzadkością.
Napęd wrzeciona (Spindle, zwykle roboczy) w maszynach z automatyczną wymianą narzędzi ( tzw Centrum Obróbcze ) musi być serwonapędem aby ustalić dokładnie kąt przed akcją wymiany narzędzia. Serwomechanizmy są czterokwadrantowe. Stosowane są w napędach „osi” we wszelkich maszynach CNC i Robotach przemysłowych. Energia przy hamowaniu jest oddawana do obwodu DC i tu tracona w załączanym według potrzeby rezystorze mocy a rzadko rekuperowana do sieci energetycznej.
Cywilnych i militarnych zastosowań regulowanych napędów i serwonapędów jest już obecnie mnóstwo i pojawiają się kolejne. Serwonapęd oznacza nowoczesność i prawie zawsze wysoką rentowność.
Jednym z pierwszych zastosowań serwonapędów były armaty przeciwlotnicze sterowane radarem i komputerem analogowych z końca II Wojny Światowej. Obecnie platforma szybkostrzelnej automatycznej okrętowej armaty kalibru ca 3 cali ( lub szybkostrzelnych działek ) może mieć serwo hydrauliczne lub elektryczne. Obrót platformy o 360 stopni ma trwać mniej niż sekundę a dokładne ustawienie lufy w pionie 300 ms. Wymagania są tak ostre bowiem armata ma zniszczyć cele, które są już niestety blisko okrętu bowiem przedarły się przez inne systemy obrony. Serwa hydrauliczne są szybkie ale mają wiele wad. Zasilacz hydrauliczny pracuje cały czas i przy bezczynności w pogotowiu serwo, pobraną energie elektryczną zamienia w ciepło emitowane przez chłodnicę. Energia elektryczna na okręcie wytworzona z paliwa płynnego jest bardzo droga.
Ale serwomechanizm do działa czołgowego na razie musi być hydrauliczny podobnie jak mechanizm mechaniki skrzydeł i lotek wszelkich aparatów latających.
O wyborze Invertera CSI lub VSI decydują wymagania na parametry napędu i czynniki ekonomiczne. Obszar swobody decyzyjnej wyboru rodzaju invertera jest raczej wąski i invertery CSI i VSI mają swoje obszary monopolowe. Invertery VSI-PWM wymagają faktycznie bardzo szybkich tyrystorów i diod a w bloku RWPG nie są takowe produkowane.
CSI – Current Source Inverter ma dwa przekształtniki.
Sieciowy mostkowy trójfazowy przekształtnik tyrystorowy dla kątów sterowania 0-90 deg jest prostownikiem a dla kątów 90-180 deg falownikiem. Przy kącie 90 deg wyjściowe napięcie wynosi 0 Vdc a fazami płyną prądy o szerokości 2/3 Pi równe (poza przedziałem komutacji ) prądowi wyjściowemu. „Prostokątne” prądy mają harmoniczne. Dla podstawowej częstotliwości płynie fazami prąd bierny i mówimy że mocy do komutacji przekształtnika dostarcza sieć energetyczna. Gdy falownik pracuje jako CSI z maszyną synchroniczną ona pełni rolę komutującej naturalnie sieci energetycznej.
W inverterach CSI silników / generatorów zasilanych prądem stałym przez wygładzający tętnienia dławik ( a nie napięciem stałym z wygładzającego kondensatora ) podany do faz maszyny jest prąd quasi prostokątny o wypełnieniu circa 2/3 Pi (ale maszyna wymusza na swoich zaciskach napięcie bliskie sinusoidalnemu z racji inercji pola magnetycznego rotora ) o częstotliwości wynikającej z szybkości pracy maszyny. W dwukwadrantowym systemie przy pracy silnikowej umownie biegunowość napięcia między przekształtnikami jest dodatnia a przy generatorowej (hamowanie ) ujemna.
Są to systemy względnie powolne o ograniczonym paśmie. Są stosowane w napędach a nie szybkich serwomechanizmach.
Z maszyną synchroniczną może ona komutować klucze CSI ale przy niewielkim współczynniku mocy <0.6 co jest sporą wadą bowiem maszyna pracuje z taką maksymalną mocą mechaniczną w stosunku do Pn.
Dla silnika asynchronicznego CSI musi mieć wymuszoną komutacje obwodami LC. Stosując taką wymuszoną komutacje z maszyną synchroniczną można pracować z cos phi =1
Napęd tego rodzaju nadaje się tylko do większych silników asynchronicznych o większej stałej czasowej rotora filtrującej pulsujące namagnesowanie rotora. Minimalna prędkość nie powinna być mniejsza od 15% nominalnej prędkości maszyny. Maszyna zaworowa może mieć dwa trójfazowe uzwojenia D i Y przesunięte w fazie o 30 deg zasilane z dwóch inverterów. Analogicznie jak w prostowniku o pulsowości m=12 znacznie spada pulsowanie momentu napędowego !
W trójfazowym prostowniku mostkowym z obciążeniem indukcyjnym impulsy prądów faz trwają w półokresie po 2/3 Pi. Przy stałym prądzie obciążenia, moc pulsuje w zakresie 0.866...1. Identycznie w inverterze CSI impulsy prądu fazowego w półokresie trwają 2/3 Pi.
Inverter CSI z wymuszoną komutacją do maszyny asynchronicznej ( rzadziej synchronicznej ) może być mostkiem z 6 szeregowo połączonych T z D. Rozwiązanie to dominuje do mocy 100-200 KW. Zadaniem D jest zapobieżenie rozładowaniu 6 kondensatorów komutacyjnych (zawsze łączone są w dwa trójkąty ) przez uzwojenie silnika. W okresie komutacji energia z indukcyjności rozproszenia silnika transferowana jest do kondensatora komutacyjnego i ich pojemność bez dodatkowego systemu rekuperacji energii musi być znaczna aby przepięcia miały sensowną wartość ale wymagania na czas wyłączania tyrystorów Tq są bardzo liberalne co jest wielka zaletą tego rozwiązania. Czasem mogą być zastosowane do komutacji masowo produkowane kondensatory do kompensacji mocy biernej jeśli tolerują występujący tu impulsowy prąd. Ograniczenie dużych „szpilek” napięcia dodatkowym mostowym trójfazowym pojemnościowym prostownikiem szczytowym ( mocy do 10% Pn ) ogranicza pojemność kondensatorów komutacji ale rekuperacja energii dodatkowym inverterem jest skomplikowana, droga i kapryśna z uwagi na niebezpieczeństwo przewrotu pomocniczego falownika tyrystorowego. Przed rozpoczęciem pracy kondensatory komutacyjne muszą być naładowane pomocniczym systemem aby zaszła pierwsza komutacja.
Alternatywnie przy mocach ponad 100-200 kW mostek 6 tyrystorów głównych komutowany jest pomocniczym mostkiem tyrystorowym. Tu rekuperacja energii jest obowiązkowa.
Ponieważ częstotliwość tej komutacji jest niewielka (taka jak częstotliwość pracy maszyny ) to straty mocy w gasikach RC w obu rozwiązaniach są akceptowalne.
Gdy zaworowa maszyna synchroniczna (Zawsze ma sensory kąta położenia rotora. W małych maszynach są to 3 halotrony ) pracuje z prędkością > 0.1...0.15 nominalnej ona sama komutuje tyrystorowy inverter CSI oczywiście generalnie kosztem pracy ze zmniejszonym współczynnikiem mocy czyli z mniejszą mocą P niż moc nominalna maszyny Pn i mniejszym momentem napędowym. Pierwszy taki system z silnikiem zaworowym skonstruowano z ignitronami w 1935 roku !
Wyższy koszt silnika zaworowego i zasilającego, wygładzającego dławika rekompensuje tańsza i prostsza elektronika mocy.
Pewny rozruch przy zasilaniu sieciowym zapewnia najczęściej okresowe blokowanie tyrystorem dławika wygładzającego prąd stały DC za wejściowym sieciowym konverterem. Rozwiązanie to pierwszy wprowadził Siemens.
Przy obciążeniu napędu wejściowy sieciowy trójfazowy mostek tyrystorowy pracuje jako prostownik a przy hamowaniu jako falownik. Uwagi dotyczące przewrotu w tym konwerterze - falowniku są aktualne. Gdy jeden przekształtnik jest prostownikiem to drugi jest falownikiem i odwrotnie.
Mankamentem systemu CSI zasilanego z sieci trójfazowej jest duża pobierana moc bierna i jednoczesne zniekształcenia prądu sieciowego harmonicznymi. W takiej sytuacji zabronione jest kompensowanie mocy biernej samymi kondensatorami bowiem rezonansowo wzmacniają one harmoniczne a stosowane są dwójniki LC nastrojone na częstotliwość 5 harmonicznej lub dla bezpieczeństwa trochę niżej.
Komutowane naturalnie tyrystorowe ( dawniej stosowano potężne ignitrony ) konwertery CSI ( m=12 Dwa szeregowo połączone mostki trójfazowe tyrystorów pracują z uzwojeniami D i Y transformatora sieciowego NN dla przesunięcia faz ) pracują w systemach przesyłu prądu stałego HVDC. Po stronach sieci NN prądu zmiennego są rozbudowane filtry harmonicznych dostarczające jednocześnie moc bierną. Wadą tego rozwiązania jest wymagana relatywnie znaczna sztywność sieci AC NN czyli jej duża moc zwarciowa. Konwertery mogą być zlokalizowane na przykład przy silnych elektrowniach. Mankamentem jest możliwy awaryjny przewrót falownika ale tu nie ma on niszczącego charakteru zwarcia. Polska jest za małym powierzchniowo krajem dla ekonomicznego stosowania systemów HVDC ale byłyby sensowne przy imporcie „jądrowej” energii elektrycznej z ZSRR lub przy handlu energią ze Szwecją gdzie system pozwala na asynchroniczną pracę połączonych przez HVDC systemów energetycznych.
Regulacja napędu potężnej Pompy wody zasilającej w silnym bloku elektrowni cieplnej pozwala pozbyć się stratnych regulacyjnych sprzęgieł hydrokinetycznych. Alternatywa do regulowanego silnika elektrycznego napędzającego potężną pompę wody zasilającej w bloku elektrowni cieplnej jest też regulowana turbina parowa. Rzekomo w USA koszt regulowanego napędu elektrycznego amortyzuje się oszczędnościami energii elektrycznej już po 3 latach pracy bloku. Pompa wody zasilającej jest największym konsumentem energii elektrycznej w elektrowni i ma wpływ na jej sprawność netto !
Regulowane napędy CSI dużej mocy poruszają turbiny kompresorów wielkich pieców stalowniczych a także potężne wentylatory. Moce tych napędów sięgają 4 MW. Regulowane są napędy w systemu produkującym tlen do wydajnego i ekonomicznego stalowniczego Basic Oxygen System.
Moce silników potężnych walcarek już dawno przekroczyły 10 MW.
Jednofazowe falowniki CSI zasilają pętle indukcyjną nagrzewającą detal do obróbki plastycznej lub hartowania .
Wymienione cechy sprawiają że jest to napęd roboczy dużej mocy a przynajmniej średniej. Przegląd literatury potwierdza ten wniosek.
Duży i ciężki jest dławik wygładzający prąd. Waga tej wady (prawa podobieństwa dla maszyn elektrycznych ) spada wraz z mocą napędu
VSI
Invertery VSI ( Voltage Source Inverter ) zasilane są napięciem stałym z kondensatora.
Invertery VSI z modulacją PWM pracują ze stałym napięciem zasilającym Vb a invertery bez modulacji z regulowanym napięciem zasilającym Vb.
Pulsacje wyprostowanego diodowym mostkiem trójfazowym o m=6 napięcia stałego dla invertera VSI PWM są niewielkie i dominuje w nich częstotliwość m x 50 Hz czyli 300 Hz. Czasem dla ograniczenia zniekształceń pobieranego prądu stosowany jest dławik DC za mostkiem lub mniejszy wymiarem trójfazowy dławik AC przed mostkiem.
Nie ma natomiast prostego i dobrego rozwiązania prostownika jednofazowego potrzebnego na przykład w kolei z siecią trakcyjną 25 KVac do zasilania invertera VSI do napędowych silników prądu zmiennego.
Napięcie zasilania invertera VSI bez modulacji PWM zmienia się w dość szerokim zakresie do 10-20 razy. Napięcie stałe regulowane jest wejściowym trójfazowym mostkiem tyrystorowym sterowanym fazowo. Elementy LC wygładzające napięcie stałe DC są też relatywnie duże.
Invertery VSI mniejszej mocy do serwomechanizmów wykonywane są już na tranzystorach Darlingtona. Od średnich mocy w górę dominują jeszcze tyrystory.
Istnieją dwie podstawowe grupy tyrystorowych inverterów VSI.
A.Tyrystory (z antyrównoległymi szybkimi diodami) trójfazowego mostka mocy komutowane są obwodami LC i tyrystorami komutacyjnymi z częstotliwością zasilania silnika czyli powoli. Regulowane jest napięcie Vb DC zasilające inverter. Namagnesowanie rotora nie jest stałe a moment napędowy ma spore pulsacje. System nie nadaje się do prędkości poniżej 15 % nominalnej.
Wymagania na parametry dynamiczne tyrystorów są liberalne. Moc strat w rezystorach snubberów RC jest znośna. Pierwsze zachodnie ( najszybciej USA i Japonia ) rodziny tego typu inverterów oferowano od 1966 roku. Są to systemy napędu roboczego a nie szybkie serwomechanizmy. W RWPG ( ZSRR ) produkowane są takie invertery o mocy 1-250 KVA. Częstotliwość wyjściowa jednostek o mocy 1-5 KVA sięga 1400 Hz. Zasilają one na przykład w ZSRR silniki szybkoobrotowych wirówek gazowych do wzbogacania uranu na potrzeby energetyki nuklearnej.
Wirówki gazowe do wzbogacania uranu ( gazowy fluorek uranu) na potrzeby energetyki jądrowej są rozwiązaniem najbardziej ekonomicznym ze znanych. Rzędy kaskad połączonych wirówek zajmują wielką hale. Nie ma żadnego powodu aby Polska nie miała rozbudowanej energetyki jądrowej (>6 elektrowni ) i w takiej sytuacji własne cywilne wzbogacanie uranu jest jak najbardziej sensowne.
Są też inne wysokorentowne zastosowania szybkoobrotowych napędów.
Uproszczony schemat pokazuje konstrukcje tego rodzaju invertera.
Układ sterujący zbudowany ze scalonych układów analogowych i logicznych SSI i MSI był złożony. Koncern Philips w serii układów „licznikowych” wypuścił układ LSI CMOS HEF4752 (około 1.5-2 tysięcy tranzystorów ) wytwarzający sygnały PWM do sterowania 6 tranzystorów lub 12 tyrystorów invertera. Układ bardzo upraszcza budowę systemu sterowania invertera.
Trudnym elementem jest także izolowany sensor prądów fazowych.
Szwajcarsko - niemiecki koncern BBC pierwszą lokomotywę z tyrystorowym inverterem VSI PWM wypuścił w 1979 roku. Jest jedyną w świecie. Własności niezawodnościowe są rzekomo całkiem dobre.
Pierwszego robot przemysłowego z silnikami AC koncern ASEA wypuścił w 1981 roku. Inwerter VSI jest w nim tranzystorowy.
Przy omówionej dalej idei automatycznego porównawczego poszukiwania najlepszych rozwiązań inverterów, ceny użytych elementów powinny pochodzić od jednego producenta z tego samego okresu.
W Europie Zachodniej są tylko dwa narodowe koncerny elektrotechniczne o ogromnym repertuarze produkcji a w tym produkcji mikroelektroniki. Są to potężny zachodnioniemiecki Siemens oraz znacznie mniejszy ale nowocześniejszy holenderski Philips. Oba koncerny mocno stawiają na chipy VLSI.
Obydwa koncerny publikują Price List z różnych obszarów swojej produkcji. Nie podano w nich cen układów VLSI a w tym pamięci ponieważ one szybko tanieją. Trzeba aktualne ceny informacje uzyskać telefonicznie.
Produkowane przez Philips tyrystory w obudowie śrubowej pokrywały prąd tylko do 140 A ale obecnie tylko do 40 A. Są tyrystory sieciowe i szybkie do inverterów oraz niewielkie tyrystory GTO. W swoim czasopiśmie Electronic Component & Application opisano i podano schemat kompletnego invertera VSI-PWM z centralną rolą IC LSI typu HEF4752.
Z kolei oferta Siemensa w obszarze elementów dyskretnych została ograniczona (Wycofano bipolarne tranzystory mocy skupiając się na lepiej rokujących Mosfetach. Decyzja wydaje się słuszna bo są to elementy nieperspektywiczne ) w dziedzinie układów scalonych nie jest bogata ale zawiera krytycznie ważne elementy. Najsilniejsze sieciowe tyrystory Siemensa są na Itav=350 A i napięcie 1650 V. Zatem nie ma tam prawdziwie silnych tyrystorów. Tyrystory szybkie do inverterów o Tq=10..18 us są na prąd Itav do 1150A ale napięcie tylko 200..600V.
Stosunki cen (różne waluty RFN i Holandii o zmieniających się kursach !) różnych maksymalnie zbliżonych elementów Siemensa i Philipsa są podobne po potwierdza konieczność użycia cen od jednego koncernu.
Podobnym narodowym koncernem elektrotechnicznym w USA jest potężny General Electric, w którym wynaleziono m.in. Tyrystor, GTO i IGBT w którym pokładane są wielkie nadzieje na przyszłość. O ile GE produkuje wszelkie klucze mocy to mimo sporego asortymentu mikroelektroniki dziedzina VLSI jest praktycznie nieobecna.
Ogromny repertuar produkcji mają potężne japońskie narodowe koncerny elektrotechniczne – Mitsubishi, Toshiba i Hitachi.
Wszystkie narodowe koncerny elektrotechniczne produkują elementy elektroniczne i elektrotechniczne ale też ogromny wybór urządzeń rynkowych. Produkują sprzęt RTV i AGD, sprzęt profesjonalny, militarny, mnóstwo maszyn ale niektóre mogą też postawić elektrownie jądrową.
W miarę nowoczesną mikroelektronikę ( w tym klucze mocy) produkuje francuski Thomson ale przy wymienionych koncernach jest karłem. Nie jest to koncern elektrotechniczny.
Cena elementów „z półki” zależy od Ilości zakupywanych sztuk. Z reguły producenci stosują prosty algorytm pokrywający koszty manipulacji towarem i na podstawie znajomości ceny masowej i sposobu konfekcjonowania łatwo jest przewidzieć ceny dla przedziału 1-9, 10-99, 100-999... czy innych.
Koncerny światowe nie kupują jednak elementów „z półki” ale z wyprzedzeniem zamawiają towar który dopiero będzie wyprodukowany. Szczególnie dotyczy to nowości produkcyjnych. Oczywiście ceny są znacznie niższe niż te „z półki”.
Czasem zadanie może być rozwiązane na wiele sposobów. Regulowany napęd może być elektryczny ale tez hydrauliczny.
Zawsze optymalizowany powinien być stosunek funkcjonalności do ceny danego rozwiązania.
Przykładowo lokomotywa do systemu trakcji 25KVac może mieć silniki prądu stałego, asynchroniczne lub synchroniczne. Dla każdego rodzaju silnika jest wiele rozwiązań systemu regulacji.
Lokomotywa do systemu trakcji 3KVdc też może mieć silniki prądu stałego, asynchroniczne lub synchroniczne. Dla każdego rodzaju silnika jest wiele rozwiązań regulacji ale są one częściowo lub całkowicie inne niż dla trakcji 25 KVac.
Wybór rozwiązań ilustruje drzewo decyzyjne.
O ile na poziomie ogólnym o energoelektronice jest sporo publikacji to szczegóły rozwiązań a zwłaszcza ich schematy publikowane są niezmiernie rzadko. A przecież „Cały diabeł tkwi w szczegółach” Obszar ten faktycznie podlega zachodniej cenzurze technologicznej. Szczegóły przynoszą publikacje radzieckie i niskonakładowe publikacje aplikacyjne zachodnich koncernów.
Rozwiązanie invertera CSI lub VSI wyznacza zbiór użytych kluczy mocy i innych elementów. Ceny wzięte do kalkulacji powinny być jak najbardziej sensowne. Zawsze ma zastosowanie zasada – Trash In Trash Out. Śmieci na wejściu, Śmieci na wyjściu.
W inverterach tyrystorowych z wymuszoną komutacją stosowane są szybkie tyrystory ( to jest pojemne określenie a szybkie tyrystory są znacznie droższe od zwykłych ) i drogie szybkie diody. Pracują w mostku mocy lub jako tyrystory komutacyjne. Najczęściej wyzwalane są poprzez odpowiednie transformatorki bramkowe lub optotyrystory. Do ograniczenia szybkości narastania prądu tyrystorów di/dt mogą być stosowane dławiki bez rdzenia lub nasycane. Szybkość narastania napięcia dV/dt na wyłączonych przed chwilą tyrystorach ograniczają snubbery - dwójniki RC z rezystorami mocy.
Do pomiaru prądu zasilającego inverter CSI lub pomiaru prądów fazowych w inverterze VSI stosowana są izolujące sensory prądu obejmujące pasmem przenoszenia prąd stały. Kondensatory do obwodów komutacyjnych LC muszą tolerować duże prądy co komplikuje ich konstrukcje co znajduje odbicie w ich cenie. Indukcyjności L tych obwodów wykonywane są najczęściej jako bezrdzeniowe.
W trójfazowym prostowniku sterowanym do zasilania invertera CSI ( jest on dwukwadrantowy ) stosowane są tyrystory i duży wygładzający dławik. Masa jednostki magazynowanej w nim energii maleje z mocą - rozmiarem dławika. Dopiero masa dławika w inverterze CSI dużej mocy nie jest relatywnie duża. Przy stosowaniu maszyny synchronicznej w szereg z dławikiem często włączone jest uzwojenie wzbudzenia co obniża wymagania na dławik z zarazem dostarcza mocy wzbudzenia.
W trójfazowym prostowniku sterowanym fazowo do invertera VSI stosowane są tyrystory a w niesterowanym diody i duży wygładzający kondensator. Masa jednostki magazynowanej w nim energii od pewnej wartości NIE maleje z mocą.
Jeśli w konstrukcji systemu sterującego nie zastosowano układów scalonych LSI lub VLSI to konstrukcja jest złożona.
Najlepszą funkcjonalność mają invertery VSI PWM ale są zdecydowanie najbardziej skomplikowane i najdroższe. Tylko one mają dobrą dynamikę konieczną do serwomechanizmów.
Najprostsze i najtańsze są invertery CSI komutowane naturalnie maszyną synchroniczną ale maszyna pracując z obniżonym współczynnikiem mocy ma mniejszą moc niż nominalna Pn. Zmniejszenie tej mocy zależy od konstrukcji maszyny. Zakres regulacji obrotów jest ograniczony. Nie wymagają one użycia szybkich tyrystorów.
Droższe są invertery VSI gdzie tyrystory mocy przełączane są tak jak częstotliwość wyjściowa. Zakres regulacji obrotów jest ograniczony.
We wszystkich przypadkach moc silnika z powodu zniekształceń prądu jest ograniczona w stosunku do mocy nominalnej !
Patent 212 Izolowany sensor prądu fazowego do Invertera
W części inverterów muszą być użyte izolowane sensory prądów faz. W sensorach obejmujących zakres prądu stałego stosowane są często halotrony. Są one umieszczone w szczelinie rdzenia pierścieniowego. Uzwojeniem płynie mierzony prąd. Ich wadą jest ogólnie słaba dokładność. W lepszym rozwiązaniu „Servo” na rdzeniu umieszczone jest kolejne uzwojenie sterowane przez wzmacniacz mocy wzmacniający w przeciwfazie sygnał z halotronu. Strumień wytwarzany przez to uzwojenie kompensuje strumień od prądu mierzonego. Rozwiązanie jest dokładniejsze ale znacznie droższe.
Czułe Flux Gate stosowane są do pomiaru pól magnetycznych. Z reguły bardzo słabych pól. Ich wadą jest wąskie pasmo przepustowe. Stosują one na nasycanym rdzeniu dwa ortogonalne uzwojenia. Użyteczna jest wzbudzana mierzonym polem magnetycznym odbierana druga harmoniczna sygnału nasycającego.
Impulsowe Flux Gate mają znacznie prostsze konstrukcyjnie sensory i elektronikę ale są dużo mniej czułe i dokładne. Z reguły są unipolarne czyli do invertera bezużyteczne.
W opisanym rozwiązaniu słabo nasycana indukcyjność na ferrytowym pomiarowym rdzeniu toroidalnym ( lub EE bez szczeliny ) zamyka ujemne sprzężenie zwrotne wokół szybkiego impulsowego wzmacniacza mocy w układzie samooscylującym. Przy zerowym mierzonym prądzie wartość prądu stałego DC w płytko nasycanej indukcyjności jest zerowa a przy prądzie niezerowym śledzi mierzony prąd. Częstotliwość samo - oscylacji pętli F ( modulacji PWM ale ze zmienną F ) początkowo słabo spada z mierzonym prądem a następnie coraz mocniej. Spadek częstotliwości F monitorowany jest bardzo prostym układem dającym sygnał Bezpieczeństwa przekroczenia dopuszczalnego prądu lub uszkodzenia sensora. Układ bezpieczeństwa jest samodzielny i nie wpływ na działanie sensora. Nie musi być stosowany.
Charakterystykę częstotliwościową pętli sprzężenia zwrotnego dobrano dla osiągnięcia bardzo dobrej dokładności pomiaru prądu. Fazowy prąd wyjściowy invertera PWM ( w tranzystorowych inverterach częstotliwość modulacji sięga 4 KHz a w tyrystorowych nie przekracza 1 KHz ) ma „szybkie” pulsacje i dla minimalizacji interferencji i błędów częstotliwość pracy F samooscylującego sensora musi być znacznie większa. Sygnał wyjściowy sensora przed podaniem do regulatora prądu fazy invertera wystarczy połowicznie odfiltrować prostym dwójnikiem RC.
Trudność konstrukcji impulsowego wzmacniacza mocy do sensora jest wyjątkowo duża. Zastosowano tu rozwiązanie invertera podobne do wzmacniacza mocy Audio w klasie D – PWM lub samooscylującego niby D ze zmianą częstotliwości modulacji. Częstotliwość pracy jest tu jednak dużo mniejsza niż we wzmacniaczu Audio gdzie spoczynkowo sięga 350 KHz.
W stopniu „mocy” zastosowano tranzystory komplementarne. W obecnej typowej taniej technologi monolitycznej tranzystory PNP mają podłe własności częstotliwościowe i układu takiego scalić nie można. Używając jako kluczy mocy tylko szybkich tranzystorów NPN układ półmostka się komplikuje co jednak w realizacji monolitycznej nie ma dużego znaczenia. Półmostek taki może być użyty do sterowania PWM silniczków BLDC i krokowych.
Dokładność sensora jest conajmniej dobra. Dryft temperaturowy jest znikomy.
W sensorze Servo z halotronem wzmacniacz mocy dostarczający kompensującego prądu jest liniowy a w opisywanym układzie dostarczony przez impulsowy wzmacniacz mocy prąd kompensuje - aproxymuje mierzony prąd korzystając z wchodzenia rdzenia w płytkie nasycenia z kolejno zmiennymi znakami. Dysponując monolitycznym półmostkiem z częścią sygnałowa sensor prądu mógłby być niewielkim modułem jako że straty mocy we wzmacniaczu impulsowym są małe...
Sprawdzenie
1.Podaj pełne nazwy dla rzadziej używanych skrótów dla autonomicznego systemu kompresora
Ćwiczenie.
Duże urządzenia przemysłowe wymagają odpowiedniego używania. Stosowane są zabezpieczenia (czyli Interlock system) dla zapobieżenia niewłaściwej sytuacji.
Bezpieczna sekwencja rozruchowa kotła może być dość skomplikowana. Przed zapłonem kocioł trzeba przewietrzyć aby usunąć z niego palne pary, które mogły by wybuchnąć obniżając trwałość drogiego kotła lub od razu go uszkodzić.
Gdy paliwem jest pył węglowy lub inne niskiej jakości paliwo, w sekwencji rozruchu wpierw stosuje się gaz ziemny lub LPG a po tym HFO (zbliżony jest mazut) i dopiero po podgrzaniu główne podłe paliwo.
Informacji o istnieniu płomienia/i dostarczają Flame sensor(y). Gdy kocioł nie pracuje sensor nie może dać sygnału o istnieniu płomienia.
Położenie klapy wentylacyjnej wskazują wyłączniki krańcowe. Gdy rozkaz otwarcia / zamknięcia nie zostanie wykonamy w maksymalnym czasie to sterownik generuje Alarm i się blokuje.
Duże napięcie do iskrownika - świecy zapłonowej na czas do circa 5 sekund podane jest z transformatora sieciowego o bardzo dużym rozproszeniu. Można monitorować prąd zasilania tego transformatora. W spoczynku prąd ma być zerowy a zasilony większy od wymaganego progu świadczącego o zapaleniu iskry – łuku na świecy. Dopiero gdy płynie prąd iskier załącza się zawór gazu czy oleju.
Układ prowadzący rozruch ( w istocie State Machine ) wykonywano na przekaźnikach, scalonych układach cyfrowych i w końcu programowo.
W systemach gdzie wymagane jest wysokie bezpieczeństwo stosuje się różne ciekawe rozwiązania.
Elektryczna Pompa oleju małego „palnika” może od strony N być operowana kontrolerem a od strony U (V,W) dodatkowym układem bezpieczeństwa z Flame sensor. To bramka AND. Gdy kontroler „włączy” pompę to układ bezpieczeństwa załączy jej zasilanie na circa 3 sekundy a gdy Flame sensor nie da sygnału odłączy pompę i trwale się zablokuje. Trzeba zresetować go ręcznie.
Na diagramie pokazano przykładowy przebieg zapłonu.
-Sprawdź działanie programu z fizycznym (RC, IC cyfrowe, OPA...) symulatorkiem kotłów. DIP switche wprowadzają różne „awarie” a Jumpery zmieniają konfiguracje.
-W tekście jest mowa o prostym „kontekstowym testowaniu” sprawności Flame sensor, klapy wentylacyjnej, transformatora ze świecą zapłonową. Często znane są prawidłowe spoczynkowe wartości sygnałów. Prąd sensora fazy invertera w spoczynku z aktywnym hamulcem jest zerowy. Ale sprytne Zerowanie musi ostrożnie uwzględniać szum. Gdy wartość spoczynkowa jest za duża oznacza to awarie.
Daj jak najwięcej przykładów kontekstowego testowania / korygowania z dowolnych dziedzin.
