Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 135

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 135
 
 Opublikowane badanie ekonomistów  FED-u dowodzi, że niedobór pracowników pobudza inwestycje, automatyzację i produktywność w amerykańskich firmach.
Prawdopodobnie tak samo jest w firmach europejskich. Zatem imigracja niskiej jakości to pewna droga do upadku.
Nowa administracja prezydenta Trumpa chce masowej deportacji imigrantów i stąd między innymi  ta nowa „mądrość etapu” ekonomistów FED.
W Polsce powoli dochodzimy do momentu, w którym albo gospodarka zacznie się automatyzować lub wzrost mocno spowolni lub zacznie się trend spadkowy.

Zwijanie gospodarki Zachodu.
 Według Plastics Europe, grupy zrzeszającej europejskich producentów plastiku, w 2006 roku w Europie powstawało 28% produkowanego na świecie plastiku, obecnie [za 2023] jest to 12%.
Największym producentem plastiku w Europie są Niemcy. Powody zaniku tej  gałęzi gospodarki: rozległe regulacje i biurokracja, konieczność skupiania się na recyklingu (a nie produkcji nowego dziewiczego plastiku), rosnące koszty pracy i energii oraz konkurencja ze strony gospodarek rozwijających się, w tym przede wszystkim Chin.
Jakość plastików z recyklingu jest niska i do wielu zastosowań się one nie nadają. Klienci widzą słabą jakość wyrobów z tego plastiku.  
 Prezes Europejskiego Banku Centralnego Christine Lagarde: „Specjalizowaliśmy się w technologiach, które zostały przeważnie opracowane w ubiegłym wieku (…) tylko 4 z 50 największych firm technologicznych świata wywodzi się z Europy”

 Dyskusja nad tym czy możliwy jest wzrost gospodarczy bez zwiększenia produkcji energi elektrycznej trwa od dawna.  Japonia zmniejszyła zużycie energii o 24% od 2005, a Europa o 17% od 2006 r. USA w tym czasie spadły o -3%.
W Polsce również następuje od niedawna spadek zużycia energii elektrycznej:
- 1,4% w 2022, - 4,3% w 2023 ale + 1,3% w 2024 roku.
 Niemcom po wyłączeniu elektrowni jądrowych zaczyna dramatycznie brakować energii elektrycznej. Gdy niedawno stanęły na dłużej przy bezwietrznej pogodzie wiatraki a generacja z zachmurzonych PV była znikoma import pokrywał 26% energii zużywanej przez Niemcy. W krajach połączonych z Niemcami sieciami przesyłowymi ceny energii elektrycznej  wzrosły do 42 razy ! Kraje skandynawskie chcą odłączyć połączenia z Niemcami bowiem szalone ceny destabilizują i niszczą im cała gospodarkę.
 Polska mocno przepłaca za kupowana broń i chce mocno przepłacić ma marzeniową elektrownie jądrową. LCOE dla polskiej energii jądrowej jest szacowane na astronomiczne 744 zł / MWh przy load factor 85%. Jeżeli load factor spada do około 30% w systemie z dominującymi wiatrakami i PV to LCOE będzie około 3 razy wyższy czyli przekroczy 2200 zł / MWh
Taka droga energetyka jądrowa jest zdolna  zatopić polską gospodarkę.
https://gazeta.sgh.waw.pl/meritum/pierwsza-polska-elektrownia-jadrowa

Chiny przejęły światową produkcje samochodów.

Według Neo GUS produkcja przemysłowa w listopadzie 2024 spadła r/r o 1.5 %.
Ale złe informacje napływają z wielu krajów.
W listopadzie 2024 roku miesięczna produkcja samochodów w Wielkiej Brytanii spadła do poziomu z 1980 roku.
 
 Koszty prac badawczo – rozwojowych D&R są coraz większe. Kraje które wypadły z czołówki będą miały coraz większe problemy.  
 General Motors poinformował, że zaprzestaje finansowania i zakończy rozwój robotaxi w firmie Cruise, w której posiada 90 % udziałów. Nie wiadomo, co stanie się z prawie 2300 pracownikami, których zatrudniał Cruise. GM podał, że skupi się teraz na rozwoju autonomicznych systemów do użytku w pojazdach osobistych.
Honda, która jest zewnętrznym inwestorem w Cruise planowała uruchomić usługę bezzałogowych przejazdów w Japonii na początku 2026 r. Teraz sprawa się skomplikowała i Honda zapowiada ponowną ocenę planów i w razie potrzeby dokona korekt. Jej całkowita inwestycja w Cruise wyniosła 852 mln dol.

Polityczni oszuści udawali że pracują nad polskim projektem (już porzuconym ) samochodu elektrycznego Izera.
Projekt EV w neokoloni wydawał się oszustwem od początku !

 Już we wczesnych latach osiemdziesiątych zauważono szybki wzrost kosztów nowych fabryk mikroelektroniki. Ale trudno było jednak sobie wyobrazić że fabryka IC będzie kosztować ponad  20 mld dolarów. Od dawna wiadomo że może być bardzo trudno wsiąść do odjeżdzającego pociągu technologii.

  Zdaniem autora gospodarka usług w większości ma charakter fikcyjny. „Ja zrobię tobie masaż a ty mi zrobisz kawę. Wystawimy faktury za masaż i kawę” Pogląd o tej fikcyjności części statystycznego PKB związanego z usługami podziela coraz więcej osób.  
Mit gigantycznego i rosnącego PKB był konieczny do... zadłużania się aby kraje produktowe akceptowały za swoje towary lipny, papierowy dług zachodu.
 Światowy udział Zachodu w produkcji przemysłowej świata gwałtownie maleje. Król jest nagi i bezsilny ! W 2000 roku USA dostarczały jeszcze 25% światowej produkcji przemysłowej a Chiny 6%. Według prognoz w 2030 roku USA dostarczą 11% a Chiny 45%.

 Po II Wojnie Swiatowej USA dostarczały blisko 60% światowej produkcji przemysłowej. Były kolosem przemysłowym i militarnym o potężnej globalnej sile sprawczej. Tylko one mogły zostać hegemonem. Zadłużona i pogrążona w kryzysie Wielka Brytania była przy nich słabeuszem. Niemcy leżały w gruzach. Funkcjonowała Francja, Włochy, Skandynawia i Szwajcaria. Ale były to kraje słabe.

 Imponujący wzrost potencjału gospodarczego i siłą rzeczy militarnego Chin budzi ogromny niepokój USA.
Chiny nie były w przeszłości krajem agresywnym i militarystycznym. Niemniej głosy twierdzące że będą one chciały uzależnić dostawców surowców i upokorzyć wrogów którzy zgotowali im koszmar  XIX i XX wieku  nie są pozbawione pewnej racji. Mowa przed wszystkim o Brytyjczykach.
Elon Musk jest pod wrażeniem chińskiego pokazu dronów. „Tylko idioci budują załogowe myśliwce jak F-35 ”

 Po zakupie wiodącego niemieckiego producenta robotów przemysłowych KUKA i opanowaniu własnej produkcji  ilość robotów w Chinach gwałtownie wzrosła.  Po względem „gęstości robotów” są już nagle trzecim krajem świata ! A pamiętać należy że mają 1420 mln osób populacji.
Regularnie media piszą o znikomej ilości Robotów i słabej Automatyzacji w „polskiej gospodarce”.
 Roboty najczęściej stosowano w przemyśle motoryzacyjnym i nadal jest to główny obszar dla ich zastosowań. Polska nie ma własnych fabryk motoryzacyjnych i biadolenie mediów raczej zachodnich właścicieli fabryk w Polsce nie wzrusza.

Od ponad 30 lat w III RP dyplomy licencjata czy magistra po prostu się kupuje. Od 15 lat kupuje się stopień doktora, doktora habilitowanego i profesora. „Polska nauka” to oksymoron.
Według raportu zatytułowanego „Highly cited researchers 2024”, który jest zestawieniem najczęściej na świecie cytowanych badaczy – naukowców, na 6886 tychże badaczy z 60 krajów wymienionych w tym raporcie, nie ma żadnej Polki ani Polaka.

 Maszyny w systemie produkcyjnym pracują zupełnie inaczej niż czynności wykonywałby człowiek. Zrozumiał to genialny twórca XIX wiecznej maszyny automatycznie zwijającej papierosy czy trochę późniejszej maszyny maszyny automatycznie produkującej szklane butelki.
Nawet mierny inżynier może doprowadzić do komplikacji procesu ale tylko geniusz potrafi coś uprościć.
Już stare maszyny zdumiewają pomysłowością twórców. Jak choćby maszyna do uzwajanie silników elektrycznych i maszyna do uzwajania rdzeni toroidalnych.
W latach osiemdziesiątych rutynowe stosowanie robotów przemysłowych opanowano tylko w Japonii. Koncern  Mitsubishi produkował robocika do nauki programowania robotów.  
Dostępna globalnie Tania Siła Robocza spowolniła automatyzację.    

W gigantycznym, największym w świecie,  kompleksie przemysłowym Ford Rouge River z przybyłych surowców wytwarzano wyjeżdżające samodzielnie samochody. Kompleks miał huty żelaza, stalownie, walcownie, huty szkła, zakłady chemiczne, elektrownie... Miał własne szkoły zawodowe i służbę zdrowia.
Funkcjonowały tam tabele płac. Najlepiej zarabiali inżynierowie ale wynagrodzenia nie były mocno zróżnicowane.
Nakład czynników produkcji na wyprodukowanie z rudy i węgla blachy był tam bardzo duży na tle występlowania na prasach  z tej blachy elementów nadwozia samochodu.
Współcześnie jednak zysk z owego występlowania jest (a może już był) bardzo duży na tle wyprodukowania blachy. Zatem nic dziwnego że chińskie firmy wzięły się za owo występlowanie i dalsze czynności. Produkują dobre samochody o wiele taniej niż Europa i USA     


Archiwum EnergoPatent.
Generator HV do TIG
 Spawanie jest jednym z najważniejszych procesów przemysłowych.
Po II Wojnie kadłuby statków i okrętów są już powszechnie spawane. Kładzenie długich szwów już jest automatyzowane i pozwala znacznie zmniejszyć ilość użytych roboczogodzin oraz poprawić jakość spoiny.
W czasie wojny statki transportowe typu Liberty produkowano w USA masowo. Rekord w najkrótszym czasie budowy tego statku wyniósł 4 dni i 15 godzin co wydaje się nieprawdopodobne.
Polska jest sporym producentem ale niestety prostych i tanich statków. Polskie stocznie bez automatyzacji produkcji konkurują tanią pracą ale to nie będzie trwało wieczne.
USA zaprzestały produkcji statków cywilnych a obecnie dominująca Japonia (48% produkcji światowej wyporności ) również zmniejsza produkcje (1982 - 8247 tysięcy BRT) głównie na rzecz Korei Płd. (1530). Polska produkcja (9 miejsce w świecie, 414 ) stagnuje.     
Przewidywanie przyszłości jest zadaniem karkołomnym. Zamiast przyszłość przewidywać lepiej jest ją aktywnie współtworzyć. Czyli musimy automatyzować produkcje statków oraz produkować poszukiwane jednostki skomplikowane i drogie.

 Spawane są mosty. Spawane i śrubowane są szkielety wysokościowców. Spawane są wszelkie rurociągi a w tym ropociągi i gazociągi. Spawanie rurociągów jest względnie  łatwe w automatyzacji pod warunkiem że końce spawanych rur były chronione przez brudem i korozją i są czyste.  

 W łuku spawalniczym zachodzi wiele zjawisk fizycznych: termoemisja, autoemisja, emisja wtórna. Dysocjacja i rekombinacja. Charakterystykę łuku silnie zmienia (aż do zwarcia ) obecność kropli metali. Spawalnictwo to rozwijająca się gałąź technologii  

 W przodujących cywilizacyjnie krajach świata wiele wysiłku wkłada się w automatyzacje procesu spawania oraz w ułatwienie ręcznego spawania i poprawę jakości spawu. W spawarkach przeznaczonych do automatycznego spawania dawniej stosowano do regulacji U/I szybki prostownik z Magnetic Amplifier Rameya a później trójfazowe prostowniki tyrystorowe. Zasilacze te są ciężkie. Tyrystorowe invertery średniej częstotliwości są zawodne i cieszą się zła opinią. Nadzieje stwarzają invertery tranzystorowe.
Regulacja U/I i charakterystyki źródła mocy ułatwia także ręczne spawanie. Bez regulacji po dotknięciu (konieczne bywa potarcie dla usunięcia izolujących tlenków) topioną elektrodą przedmiotu następuje jej „przyklejenie” co jest kłopotliwe. W nowoczesnym zasilaczu po dotknięciu elektrodą czyli przy zwarciu płynie prąd rzędu 5 A i nie następuje przyklejenie elektrody. Gdy tylko wzrośnie napięcie przy choć minimalnym oddaleniu elektrody natychmiast zdjęte jest ograniczenie prądu i momentalnie zapala się łuk.       
W spawaniu topliwą  elektrodą przy wystarczająco sztywnym zasilaczu energii spawania występuje częściowa samo stabilizacja długości łuku. Gdy elektroda jest przysuwana zbyt szybko rośnie prąd łuku i szybkość jej topienia. Gdy elektroda jest przysuwana zbyt wolno spada prąd łuku i szybkość jej topienia. W systemie automatycznym napięcie łuku reguluje szybkość pracy silnika napędu wysuwu elektrody.

Łuk spawalniczy jest złożonym dynamicznym zjawiskiem elektrotermicznym. Może być on modelowany funkcją komputerową lub  fizycznie symulowany. Fizyczny symulator jest bardzo użyteczny w fizycznym etapie prac badawczo - rozwojowych nad spawalnictwem bowiem w przeciwieństwie do człowieka jest dokładnie „powtarzalny” (sam łuk jest chaotyczny i niestabilny ale symulacja jest powtarzalna).       

 Instalacje elektrowni jądrowej wymagają wysokiej jakości spawów. Wykonuje się kontrolne zdjęcia RTG spawów.  Także cieplne elektrownie  nadkrytyczne wymagają wysokiej jakości spawów.
Łukiem krytym spawa się grube przedmioty. Technologia ta wymaga specjalnego zasilacza. Oprócz normalnej funkcjonalności może on dostarczać małego prądu „dyżurnego”circa 10A o napięciu do 250 Vdc. Spawanie łukiem krytym jest najczęściej maszynowe.

W procesie ręcznego lub automatycznego spawania TIG (Tungsten Inert Gas) łuk spawalniczy w atmosferze ochronnej (argon, hel i w mieszance z wodorem ) pali się między nietopliwą elektrodą wolframową o średnicy 0.5-6.4 mm (0.2-1/4 cala ) a spawanym przedmiotem. Jeśli potrzeba podany jest też do łuku z odpowiednią szybkością topiony drut spawalniczy na spoinę (filler-wypełniacz ). Spawanie metodą TIG pokrywa największą różnorodność łączonych materiałów ze wszystkich metod spawania. Położenie przedmiotu jest dowolne co jest kolejną zaletą.  Stale ( szczególnie nierdzewne i specjalne na przykład militarne ) spawa się prądem stałym. Ujemna biegunowość elektrody wolframowej zapewnia pożądaną redukcje ilości ciepła wydzielanego w elektrodzie i pożądaną większość ciepła otrzymuje spawany przedmiot. Aluminium i jego stopy spawa się prądem zmiennym z dodaną regulowaną składową stałą wartości względnej 0..50%. Przy dodatniej biegunowości elektrody następuje (konieczne dla Alu ) czyszczenie katodowe usuwające tlenki z powierzchni aluminium ale kosztem redukcji podanego prądu.
Z elektrodą TIG o średnicy 2 mm w osłonie argonowej minimalne napięcie na łuku występuje przy prądzie 70A. Dla łuku długości 2 mm napięcie wynosi wtedy zaledwie wynosi 11V a dla długości 4 mm 12V.
Dla helu minimalne napięcie jest wówczas przy prądzie 130 A i wynosi odpowiednio 14 i 19V.
Przy prądach mniejszych łuk ma ujemną oporność dynamiczną a przy większych prądach oporność dynamiczną dodatnią.

Spawanie TIG zapewnia ze wszystkich metod spoinę najwyższej jakości. W prymitywnej postaci tworzoną metodę TIG zastosowano w USA  już w latach czterdziestych w przemyśle lotniczym do spawania elementów z magnezu.

System sterujący spawarki TIG ( to jest osobny temat ) łatwo jest wykonać na logice CMOS4000 i wzmacniaczach operacyjnych pracujących także  także jako komparatory. Logika ta jest bardzo odporna na zakłócenia a gdy wspólne jest jej zasilanie ze wzmacniaczami operacyjnymi ich wyjścia wprost podaje do do wejścia logiki.
Prosty DVM zbudowany na układzie ICL7106/7107 może służyć do dokładnej kontroli nastaw potencjometrów oraz pokazywać prąd i napięcie spawania.
Alternatywnie nowocześniejszą kontrole może też sprawować mikrokontroler.
 
 Odpowiednio oznakowana Wolframowa elektroda domieszkowana jest często Cyrkonem, Lantanem, Torem, Cerem .. dla zapewnienie stabilnego jarzenia się łuku i większego prądu pracy.
Metoda jest wydajna. Osiąga się do 50 cm spawu na minutę.
Wymagany prąd zasilania rośnie od circa 40A dla najmniejszej elektrody do 700-1000 A dla największej ale domieszkowanej elektrody.  
Mimo sporego kosztu automatyzacji wysoka produktywność sprawia że stanowisko będzie rentowne w sensownym terminie.
Nie wolno jest niczego dotykać bardzo gorącą ( do 2700 C ) i drogą wolframową elektrodą bo szybko traci ona trwałość lub zostanie od razu uszkodzona co jest szczególnie istotne przy automatyzacji spawania. Prawidłowo używana elektroda jest względnie trwała. Aby bezdotykowo zajarzyć łuk stosowany jest generator dający wysokie napięcie HF-HV jonizacji. W tradycyjnym rozwiązaniu transformator sieciowy mocy circa 100-400 VA o napięciu  do 5-10 KV o bardzo dużym rozproszeniu (Uz =100% , tak jak do zasilania reklamowych  lamp neonowych lub zasilania łuku zapłonowego w piecu olejowym ) zasila iskrownik z kondensatorem o pojemności ca 3-10 nF pierwotne 10 zwojowe uzwojenie  bezrdzeniowego transformatora. Mocno sprzężone 10 zwojowe uzwojenie wtóre wykonane jest  płaskownikiem ( giętym w poprzez co wymaga oprzyrządowania ) dlatego że przewodzi pełny prąd spawania. Poziom emisji zakłóceń jest ogromny i powoduje nawet błędne działanie mikrokomputerów. SG w generatorze się zużywa i wymaga regulacji. Zużycie SG jest proporcjonalne do ładunku Q i stąd celowość zastosowania wysokiego napięcia i małego ładunku. Zaletą rozwiązania jest niska cena całości a szczególnie transformatora HF-HV.
     
 Automatyzacja procesu spawania wymaga lepszego generatora impulsów HV  jonizujacego – inicjującego łuk TIG.
Ładowany do napięcia 750 V zasilaczem odpowiedni kondensator PP circa 150 nF rozładowywany jest przez 1 zwój transformatora na rdzeniu ferrytowym EE65. Co najmniej 10 zwoi uzwojenia wtórnego wykonane jest szeroką izolowaną blaszką miedzianą  lub płaskownikiem odpowiednimi  do prądu spawania.
Alternatywnie można użyć dwóch rdzeni od transformatora odchylania poziomego TVC złożonych w rdzeń quasi EE. Ponieważ miejsca w oknie jest więcej można także użyć do uzwojenia przewodu.  
Użycie zamiast kondensatora drabinki elementów LC jest bezcelowe. O ile drabinka zamiast prostego obwodu LC teoretycznie może dać korzyść w obwodzie komutacji tyrystorów to nie tutaj.     
Klucz stanowią 3 „równolegle” ( osobno optymalnie bramki szybkimi impulsami 800 mA sterują 3 tranzystory BC327. Tranzystory mocy są za wolne. Znacznie gorsze jest sterowanie Diackiem lub tranzystorem jednozłączowym  ) połączone krajowe tyrystory BTP129. Są w w świecie produkowane odpowiednie tyrystory o di/dt=1000 A/us ale są niedostępne.
Połączenie dyskretnych tyrystorów  w układ niby „Darlingtona” jako naśladowcze do monolitycznej dynamicznej bramki tyrystora nie daje dobrego rezultatu.
 Oprócz szybkości załączania zaletą  tyrystorów BTP129  jest ich antyrównoległa dioda.  Szybkie załączanie bramką z uwagi na duży i bardzo stromo  di/dt narastający prąd jest swoją drogą konieczne dla zapewnienia trwałości tyrystorów. Rezystory Rgk powiększają prąd Ihold tyrystorów. Lepszym ale bardziej skomplikowanym rozwiązaniem jest ujemna polaryzacja bramek.
Próby z zastosowaniem dławik nasycanego z antyrównoległą diodą do początkowego ograniczenia di/dt nie dały dobrego rezultatu. Snubber  RC równoległy do tyrystorów niewiele powiększa napięcie na kondensatorze gdy tyrystor jest wymuszenie wyłączony.  
Natychmiast po zdetekowaniu prądu zasilacza zapalonego łuku generator HV jest blokowany. Gdy spawa robot przemysłowy to generator HV jest aktywowany programem pracy  gdy elektroda jest już zbliżona do przedmiotu. Łuk często zapala się po pierwszym impulsie.
Zakłócenia są nadal duże ale już nie powodują obezwładnienia mikrokomputerów.
Pojemność rozładowywanego kondensatora musi być odpowiednia do parametrów układu rezonansowego ( m.in. indukcyjność rozproszenia transformatora ) a szczególnie pojemności kabla dla elektrody.
Impulsy HV są bezpieczne dla człowieka ale mimo to nieprzyjemne.
Napięcie 750 Vdc może pochodzić z prostownika ( kondensator nie jest konieczny ) z transformatorem 500Vac, powielania prostowanego napięcia sieciowego 220 V lub z zasilacza SMPS.

 Testowane tyrystory „sieciowe” zupełnie się nie nadają do tego zastosowania. Połowicznie nadaje się tyrystor BT152 ( plus antyrównoległa dioda ) ale napięcie musi być ponad 830V czyli większe niż jego nominalne. Mimo tego tyrystor nie wykazuje objawów zużycia.
      
Współpraca układu zapłonu HV z kontrolerem CNC maszyny może się odbywać na dwa sposoby:
-Zapłon HV jest aktywowany gdy elektroda jest wystarczająco zbliżona do przedmiotu. Wystarczy częstotliwość impulsów HV 100  Hz   
-Zapłon HV jest aktywowany w czasie zbliżania elektrody do przedmiotu i sterownik CNC otrzymuje meldunek o zapaleniu łuku. Wymaga  jest częstotliwość impulsów HV >>100 Hz.

Generatory HV używane są też w przyrządach pomiarowych w fizyce i chemii.
Zamiast 3 x BTP129 może być zastosowana ceramiczna Spark Gap ale ulegnie ona za szybko zużyciu. Bardziej stabilnym i trwałym rozwiązaniem byłaby wyzwalana SG.

Dla stabilizacji łuku w metodzie TIG zasilacz jest bardziej elastyczny i informacja o zmianie napięcia na łuku podana jest kontrolerowi CNC regulującemu mechanicznie długość łuku. Łuk o danej długości w atmosferze ochronnej ma inne napięcie niż w powietrzu.

Przy zasilających generator HV prostownikach - powielaczach napięcia sieciowego izolacja sygnałów wykonana jest transoptorem.

Ponieważ roboty przemysłowe są jeszcze bardzo drogie a wymagania dla nich do procesu spawania TIG są wysokie ( potrzebny jest jeszcze extra adapter ) spotyka się wyspecjalizowaną mechaniczną maszynę ale wykonywany szew nie może być skomplikowany. Zatem jest to rozwiązanie do produkcji masowej.    

Patent 120 Przy wymaganej znacznej częstotliwości impulsowania >200 Hz prąd płynący rezystorem z zasilacza - powielacza  DC do ładowanego kondensatora 150 nF może przy załączonym tyrystorze być większy od jego prądu podtrzymania i pozostanie on dys - funkcjonalnie załączony. Generator HV nie działa a przeciążony rezystor ulegnie w końcu uszkodzeniu. Dodatkowo w czasie załączenia tyrystora duża jest strata mocy w rezystorze. Połowicznym rozwiązaniem jest szeregowy z rezystorem dławik na rdzeniu ferrytowym ze szczeliną. Ponieważ wymagana jest dość duża indukcyjność tego dławika ma on wiele zwoi wykonanych cienkim drutem. Czyli jest to element nietypowy a jego wytworzenie nie jest tanie.
Do skrócenia czasu ładowania kondensatora lepsze jest quasi źródło prądowe. Napięcie rośnie prawie do końca (szybko) liniowo a nie coraz wolniej eksponencjalnie jak tylko z rezystorem. W istocie są to  proste źródło prądowe wykonane na trzech tranzystorach BF459 połączone (A) szeregowo i jednym tranzystorze BC237 wyznaczającym prąd źródła. Tranzystory BF459 przy dużym napięciu są zablokowane i/lub odciążone rezystorami i ich nagrzewanie jest ledwo wyczuwalne. Alternatywnie (B) trzy źródła na 3 x (BF459+BC237) są połączone szeregowo. Rezystory odciążające gwarantują równy podział napięć.  Przy symulowanym uszkodzeniu jednego tranzystora BF459 układ dalej pracuje.
Prostsze jest  źródło prądowe na jednym tranzystorze wysokonapięciowym BU508 przeznaczonym do stopnia H-Out i pracuje poprawnie choć teoretycznie napięcie Uceo  jest za małe. Tranzystor przy dużym Uceo ma jednak podane niewielkie ujemne napięcie Ube i jest  zablokowany oraz odciążony rezystorem. Jeszcze lepszy byłby w tym zastosowaniu wysokonapięciowy tranzystor Mosfet  mający o wiele szerszy obszar SOA

Patent 121 Sieciowy zasilacz impulsowy Flyback do ładowania kondensatora generatora HV.
Tam gdzie wymagana jest duża częstotliwość impulsów czyli duża moc konieczne jest zastosowanie zasilacza impulsowego. Sprawność jego jest bardzo dobra.
 Tyrystor generatora HV jest wyzwolony  gdy faza  Flyback SMPS jest na pewno zakończona co gwarantuje wyłączenie się tyrystora generatora HV.  SMPS jest odporny na zwarcie wyjścia. Na sygnał od kontrolera z transoptora ma momentalny start. Korzystna jest praca z końcowym (w okresie ładowania kondensatora generatora HV ) dużym wypełnieniem okresu załączenia tranzystora PWM czemu towarzyszy dość duże napięcie Uce Flyback tranzystora. Konieczne jest więc zastosowanie tranzystorów użytych w stopniu odchylania poziomego H-Out.  
Pokazane jest użycie typowych transformatorów  SMPS od prostego odbiornika TVC 21'.
Tranzystor - klucz i uzwojenie pierwotne są użyte jak zawsze w SMPS. Tranzystor mocy Q załączany jest do osiągnięcia zadanego prądu kolektora czyli prądu magazynującej energie indukcyjności transformatora. Przy stałym napięciu zasilania +300V z prostownika sieciowego czas ten byłby stały i jest odwrotnie proporcjonalny do tego napięcia.
Dioda D1 z kondensatorem C1-10 nF są jednocześnie Clipperem i prostownikiem mocy ułamka napięcia do którego naładowany będzie C generatora HV.  Osiągniecie zadanego napięcia na C1 ( napięcie DZ ) i  koniec fazy flyback inicjują impuls wyzwalający Ty generatora HV. Wyzwolenie Ty następuje jednocześnie z włączeniem klucza Q. Gdy Q jest załączony odbędzie się kilka cykli  oscylacji w obwodzie z C, Ty, Tr  i Ty zostanie  wyłączony.     
Do napięcia na C1 dodane jest w fazie flyback napięcie z uzwojenia wtórnego które normalnie w odbiorniku TVC zasila układ odchylania poziomego. Napięcie prostuje dioda D2.
Dioda D3 z kondensatorem dostarczają pomocnicze napięcie zasilania dla drivera tyrystora Ty generatora HV.
Ponieważ napięcie w fazie flyback jest znacznie większe niż w oryginalnym zastosowaniu transformatora  w TVC moc SMPS jest o ca 20% większa i przekracza 100 W. Praca ciągła SMPS jest możliwa ale konieczny jest radiator dla Ty. Nagrzewa się także transformator HV. Przebicia w testowej SG generują Ozon i już po chwili trzeba generator wyłączyć ze względów zdrowotnych bo ozon jest sprawnie wytwarzany

Patent 122 Zintegrowany układ zasilacza z generatorem HV z GTO.
Wyzwolony GTO w obwodzie generatora HV działa normalnie jak system ze zwykłym tyrystorem. Gdyby GTO był szybko (po paru okresach drgań C z transformatorem HV ) wyłączony to C zostałby dławikiem L naładowany rezonansowo do napięcia circa 2 x Ub czyli 2 x 300= 600 V. Gdy GTO jest dłużej załączony to kondensator C zostanie naładowany do większego napięcia.
Kondensator 150 nF przy napięciu 750V gromadzi energie 42 mJ i dławik musi w swoim polu magnetycznym zgromadzić circa 70 % z tej energii.
Konieczny jest dławik blaszany ze szczeliną dla małej częstotliwości impulsowania lub Ferrytowy rdzeń EE65 ze szczeliną dla większej częstotliwości impulsowania. Potencjalnie moc może tu przekroczyć  1 KW.  
Konieczny jest duży prąd wyzwalający GTO Ig+ bowiem GTO przy „małych” prądach bramki załącza się jeszcze wolniej niż zwykły tyrystor i pożądana jest rezerwa bezpieczeństwa z dużym prądem wyłączającym Ig-.
Do zastosowania w spawaniu TIG system ma potencjalnie za wielką moc i jej drogi oraz duży czyli nieprzydatny. Ale ja powiedziano są też inne zastosowania generatorów HV.

Patent 123 Układ testowy bo badania generatora HV TIG.
Napięcie przebicia na centymetr atmosfery ochronnej TIG jest znacznie mniejsze niż powietrza ( 30 KV /cm przy ciśnieniu normalnym ) co jest korzystne bowiem zmniejsza wymagania na wielkość impulsu napięcie z generatora HV.
W układzie próbno - testowym  do żarówki 24V najlepiej halogenowej >150W podano napięcie z transformatora 220/24V ( jałowo napięcie jest większe ) z prostownika z diodą prostowniczą ( nie mostek ale tylko dioda ! ) i dużą pojemnością kondensatora elektrolitycznego poprzez uzwojenie wtórne generatora HV i kabel spawalniczy (pojemność !) do regulowanej szczeliny SG.  Po przebiciu SG z zimną żarówką prąd jej załączenia jest na tyle duży że następuje zainicjowane chwilowe przebicie łukowe ale po momentalnym nagrzaniu żarówki natychmiast ustaje bowiem prąd potrzymania jest za mały do podtrzymanie łuku a przez półokres  10 ms prostownik połówkowy nie ma zasilania z transformatora. Natężenie błysku żarówki zależy mocno od kąta fazowego napięcia sieciowego gdy podany jest impuls jonizujący.   
W prostej konstrukcji SG  użyto śrubki z nakrętką do regulowania szczeliny. Można ją zmierzyć szczelinomierzem. Kształt aktywnego elektrycznie czoła śrubki SG powinien przypominać kształt elektrody wolframowej TIG. Zastosowanie gazu ochronnego jest możliwe ale mało celowe. Można się przekonać że napięcie przebicia atmosfery ochronnej do TIG jest mniejsze niż powietrza.
Z odpowiednią aranżacją układ testowy pozwala praktycznie i komfortowo określić skuteczność jonizacji prowokującej łuk. Czy występuje ono od pierwszego wyładowania ? Jaki wpływ ma częstotliwość serii impulsów. ITD.  

„Patent” 124 Programowy dynamiczny model termoelektryczny łuku spawalniczego. Relatywnie  prosty, szybki, średnio ale wystarczająco dokładny. Pseudo chaotyczny. Uwzględnia dynamikę cieplną oraz ujemną i dodatnią oporność łuku. Nie można patentować algorytmów i stąd cudzysłów !

Patent 125 Sprzętowy symulator  łuku spawalniczego do 300Adc. Fizyczna symulacja działania systemu spawalniczego automatycznego i ręcznego nie jest łatwa. Część mocy symulatora to połączone równolegle >20 tranzystorów mocy KD503 + odciążający szeregowy rezystor mocy z przyrządu do obciążenia testowego rozruchowego akumulatora samochodowego. Wymagany jest  chłodzący nadmuch wentylatorem blachy aluminiowej  z zamontowanymi tranzystorami KD503 lub lepiej radiator gdy czas działania ma być dłuższy. Cieńkie przewody tej samej długości w Emiterach tranzystorów mocy służą do wyrównania prądów równolegle połączonych tranzystorów mocy.
Alternatywnym zastosowaniem układu mocy jest fizyczna symulacja rozruchu silnika samochodowego z akumulatora.    
Układ sterowania potężnego wykonawczego tranzystora ( połączony w Darlingtona) wykonano na poczwórnych wzmacniaczach operacyjnych i prostej logice CMOS4000. Parametry łuku to podane dla niego z zewnątrz napięcia i ustawienia DIP switcha.
Dla programowej automatyzacji eksperymentu spawania /rozruchów napięcia można być podać z komputerowych przetworników DAC a sygnały logiczne z PIO zamiast DIP switcha.


Sprawdzenie
 Do chłodzenie elektrowni lub rafinerii używa się wody „bieżącej” (rzeka, jezioro, morze ) jeśli takowa jest dostępna w dużej ilości. Przy braku dużej ilości wody używa się wieży chłodniczej ale sprawność bloku elektrowni jest wtedy o circa  1% niższa.
Na rysunku pokazano system uzdatniania wody w więży chłodniczej elektrowni lub rafinerii w systemie pół zamkniętym. Na podstawie informacji z sensora poziomu wody w basenie LT  kontroler LIC operuje zaworem strumienia świeżej wody ( make up water ). Sensor pH (optymalna jej wartość 7.2-7.6 ) AT poprzez kontroler AIC i mnożnik FY ( proporcjonalnie do przepływu świeżej wody  z sensora ) FT reguluje obroty pompki podającej kwas siarkowy ( rzadko soda kaustyczna ) i jednocześnie pompy podającej inhibitor korozji i substancji zapobiegającej osadzaniu się kamienia. Sensor przewodności wody CT poprzez timer KC otwiera na chwile, gdy potrzeba, spust wody.
Wiatr i deszcz przynoszą szkodliwe „życie” do wieży. Szkodliwe algi i grzyby zwalcza się „ręcznie” podając (nie pokazano) okresowo (terapia szokowa !) chlor i substancje biobójcze.
Procesy (regulacji) są tu powolne i jakość pokazanego systemu regulacji może czasem być nie do końca  niesatysfakcjonująca.     

-Podaj lepszy system regulacji. Przeprowadź  symulacje pokazanego i proponowanego systemu regulacji  dowolnym programem.
-Jest Basen miejski lub SPA. Jaki analizator trzeba zastosować aby wykryć w wodzie mocz i kał. Co można stosować do dezynfekcji oprócz chloru i ozonu ?