Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 180

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 180    
Zielony potwór żąda ofiar
Według ostatnich badań Chiny osiągnęły globalną przewagę konkurencyjną w aż 37 z 40 analizowanych strategicznych podsektorów technologii. 
Akumulatory LiIon to samo jadro Zieloności. Na rysunku [2024] pokazano praktyczną monopolizacje produkcji elementów akumulatorów i akumulatorów LiIon. 

 Wprowadzenie ETS2 nie będzie dla niemieckich konsumentów szokiem, może natomiast doprowadzić do wzrostu cen ogrzewania w Polsce nawet o 150% gdy cena  podskoczy do 100 euro za tonę emitowanego CO2. Cena w przyszłości może skoczyć do 200-300 Euro.
Podatek ETS2 najbardziej dotknie Polskę, Bułgarię i Węgry. Realnie, faktycznie będzie to  więc podatek od ubóstwa !

Z powodu dużego spadku sprzedaży EV w USA firmy motoryzacyjne  likwidują produkcje i zwalniają pracowników.  "Nowy pakiet budżetowo-podatkowy 1 października zlikwidował ulgę podatkową w wysokości 7 500 dolarów dla nabywców samochodów elektrycznych. Mówiąc prostym językiem, nowe przepisy oznaczają, że elektryki w USA z dnia na dzień stały się droższe o 7500 dolarów."
Czyli wcześniejsze wprowadzenie tej ulgi było oszustwem względem producentów normalnych samochodów, dających elektrykom nieuczciwą przewagę rynkową.

Rola branży motoryzacyjnej w Polsce maleje; w 2024 r. wartość jej eksportu wyniosła 52,2 mld euro i była o 8,7 % niższa niż w 2023 r. - wskazał w raporcie Polski Instytut Ekonomiczny. Dodał, że sprzedaż aut elektrycznych w I poł. br. osiągnęła jedynie 15  udział wśród nowych samochodów. Firmy wyłącznie z zagranicznym kapitałem odpowiadały za ok. 75 % polskiego rynku motoryzacyjnego. Kolejne 5-6 % było kontrolowanych wspólnie z polskimi partnerami. 
Wszystko idzie zgodnie z planem UE. Powoli redukowana jest produkcja aby gotowana żaba nie wyskoczyła z gorącego garnka. Spadek emisji CO2 osiągnięty będzie przez spadek konsumpcji. 
W Polsce produkcja przemysłowa stagnuje od 3 lat ale PKB „rośnie” ! Po to była konieczna wymiana prezesa GUS. 

Z powodu niezwykle drogiej energii brytyjski przemysł zanika.

Niemiecki Federalny Trybunał Obrachunkowy ocenił (2025), że nie osiągnięto pożądanych celów dla energetyki wodorowej:
-wiele miliardów dotacji zostało zmarnowane,
-przedwczesne było zamknięcie elektrowni atomowych,
-trwa renesans elektrowni węglowych,
-fotowoltaika jest z Chin,
-elektrownie wiatrowe dają słabe rezultaty,
-Energiewende to niepowodzenie.

Dla EU priorytetami są dalej: Zielony Ład, promocja 77 mniejszości sexualnych, dalsze ubogacenie kulturowe kontynentu przez książąt orientu i królów sawanny z pontonu...

Nie ma Zielonego Ciepła: "Na skontrolowanych łącznie 36 modeli pomp ciepła aż 34 nie 
 spełniały wymagań" Kontrola dotyczyła jednak nieistotnych bzdur bo polskie synekuralne  
instytucje nie są w stanie przeprowadzić merytorycznej kontroli działania. Niekompetentni 
funkcjonariusze nie mają pojęcia o technice. Kontrolerzy to zwykli biurokraci. Sprawdzali 
papiery a nie sprzęt. 
Ale jest Nowy pogląd KE na to co jest Pompa Ciepła !

 Po 250 latach wydobycie węgla kamiennego w Czechach zakończy się 31 stycznia 2026. To akurat ma też dobre strony !

 Według danych Międzynarodowego Funduszu Walutowego, gospodarka UE wytwarzała w 1992 roku 28,8 % globalnego PKB. Według najnowszych danych za 2024 roku udział UE w światowej gospodarce spadł do 17,5%.
Według danych Banku Światowego i ONZ spadek jest trochę głębszy. 

 Przy obecnym modelu ekonomicznym Europy  wielkie firmy już wygaszają  produkcje w Europie i przenoszą się za ocean do USA i do Chin. Bez zmiany quasi neoliberalnej doktryny ekonomicznej 
i opracowania nowego wydajnego modelu oraz odrzucenie złotego cielca w postaci tzw "rynkow finansowych" nie mamy szans w starciu z modelem chińskim a nawet amerykańskim.
 Ze śmieciowej pracy w usługach, ze spekulacji i socjalu na kredyt, nie będzie rozwoju !

 Według najnowszego badania przeprowadzonego przez firmę ubezpieczeniową iSelect Niemcy znalazły się wśród dziesięciu krajów świata najbardziej zagrożonych blackoutem – obok takich państw jak Pakistan, Niger, Uganda, Mozambik czy Kolumbia, ale także Włochy, Hiszpania i Stany Zjednoczone. Jest to kolejny z wielu sygnałów, że Niemcy chcące uchodzić za wzorzec nowoczesności i technologicznej  stabilności, weszły na ścieżkę dezindustrializacji.
Eksperci iSelect przeanalizowali 33 państwa, oceniając ryzyko poważnych przerw w dostawach 
prądu na podstawie kilku wskaźników: udziału energii odnawialnej, podatności na zmiany 
klimatu, struktury demograficznej oraz dotychczasowej częstotliwości awarii sieci 
energetycznych. Według zdumiewającego rankingu (któremu trudno coś zarzucić) Niemcy zajęły dziewiąte miejsce, ustępując m.in. Pakistanowi i Nigrowi, ale wyprzedzając Kolumbię.

 Za wysokie podatki a zwłaszcza wysokie ceny energii zniszczą każdą gospodarkę.
Więcej podatków, więcej..  uśmiechnięta brygado !


Archiwum Energo - UPS
 Awarie w rozległej sieci elektroenergetycznej państwa czy kontynentu trwają cały czas. Zwarcia są izolowane wyłącznikami CB i bezpiecznikami. Ciężka awaria systemowa odcinająca kraj lub jego dużą część od energii to BlackOut.
Zwarcie w sieci nN powinno być rozłączone bezpiecznikiem szybciej niż w ciągu 20 ms czyli okresu napięcia sieciowego o F=50 Hz. Urządzenia elektroniczne zasilane są diodowymi prostownikami pojemnościowymi. Pojemność kondensatora prostownika powinna być na tyle duża aby tolerowany był zanik sieciowego napięcia zasilania przez co najmniej 20 ms.
Silniki asynchroniczne przy braku fazy przez taki okres powinny praktycznie dalej normalnie pracować przy chwilowym niewielkim zwiększeniu prądu. 
Ochrona przeciwpiorunowa sieci SN, WN i NN coraz częściej realizowana jest warystorami i uderzenie pioruna zwykle nie przerywa pracy systemu. Gdy jednak nastąpi przebicie na izolatorze linii to jedynym wyjściem jest odłączenie jej przez CB. Im większe jest napięcie linii tym wolniejsza jest akcja CB. Rozłączenie następuje po 30-60 ms od wydania rozkazu. Powszechnie stosowany jest Recloser czyli Samoczynne Ponowne Załączenie. Recloser stosowano w USA już przed wojną !   
W sieciach WN (z uziemionym puntem N ) i NN  stosuje się tylko odłączenie jednej zwartej fazy na czas 300-500 ms  dejonizacji w przestrzeni połukowej jeśli konstrukcja CB pozwala na szybkie załączenie. Oczywiście gdy rzadziej zwarte są 2 lub 3 fazy są one też odłączane.
 Współcześnie w komputerach stosowane są pamięci półprzewodnikowe. Po zaniku napięcia zasilania zawartość pamięci RAM jest bezpowrotnie stracona. Nowoczesne urządzenia automatyki mają już mikrokontrolery lub mikroprocesory i równie z komputerami są podatne na zanik napięcia zasilania. Ale także stan kondensatorów (są analogowymi pamięciami funkcji Całkowania i Różniczkowania ) w analogowych regulatorach PI-PID i innych po przerwie zasilania ulega resetowi. Zasilanie awaryjne muszą też mieć centrale telefoniczne i wiele innych systemów.
Wrażliwe urządzenia i procesy (jest ich całkiem sporo ) są zasilane z  UPS – Uninteraptible Power Supply lub z zasilacza 24V-48-96-220 Vdc z buforowym akumulatorem (na przykład 24 V na statku morskim ). 
Awaryjnie energia elektryczna podana do falownika lub invertera pochodzi z akumulatorów ale znane jest też rozwiązanie z kołem zamachowym napędzającym prądnice jako akumulatorem energii kinetycznej.
 Do trójfazowego zasilania komputerów mainframe stosowano zestaw silnika asynchronicznego i generatora synchronicznego na napięcie sieciowe lub prądnicy prądu stałego. Czasem dodawano dodatkową bezwładność w postaci koła zamachowego. Brak jednej fazy był nieszkodliwy. Po odcięciu zasilania czas podtrzymania powinien być na tyle długi aby możliwy był zapis pliku/plików lub  zrzut zawartości pamięci RAM do twardego dysku lub inna akcja awaryjna systemu operacyjnego.  

W jednofazowym UPS o mocy do 2 KVA przełączeń sieciowych konfiguracji dokonuje przekaźnik o prądzie 10-16 A.
W obecności napięcia sieciowego transformator mocy transferuje moc do ładowania akumulatora. Przy braku zasilania transformator mocy podwyższa napięcie z falownika lub invertera.
Niezawodnie zasilany odbiornik jest cały czas dołączony do uzwojenia sieciowego transformatora mocy. W momencie detekcji braku zasilania przekaźnik odłącza transformator od sieci zasilającej (aby go nie obciążała) i po chwili aktywowany jest falownik lub invertera. Po pojawieniu się napięcia sieciowego przekaźnik jest załączany w odpowiednim momencie a po chwili blokowany jest falownik / inverter.   
 Prąd załączenia transformatora sieciowego zależy od kąta fazowego napięcia i magnetyzmu resztkowego w rdzeniu. Prąd załączenia może być ogromny (Transformatory. E.Jezierski, WNT 1983 ). Prymitywny UPS gdzie nie zapanowano nad tym problemem w istocie jest całkowicie bezużyteczny. Napiecie invertera / falownika i sieciowe muszą być z tej samej fazie. 
 Normalne zachowanie zasilanego transformatora i silników asynchronicznych uzyskamy tylko przy względnej ciągłości fazy napięcia z sieci i  alternatywnego z falownika / invertera PWM.  

 W UPS o mocy do w KVA do odłączenia / dołączenia  sieci stosowany jest przekaźnik. Przy większych mocach włącznikiem jest para antyrównoległych tyrystorów które są znacznie szybsze od stycznika (=Contactor) lub CB. Załączenie jest natychmiastowe natomiast rozłączenie następuje po zmianie kierunku prądu lub jego zaniku.

Kształt napięcia wyjściowego jest dość dowolny dla pojemnościowych prostowników zasilaczy impulsowych SMPS. 
Znacznie bardziej krytyczny kształt  jest dla urządzeń z transformatorem sieciowym a za nim prostownikiem pojemnościowym.
 Zniekształcenia nieliniowe napięcia nie powinny przekraczać 10-15% dla zasilania silników asynchronicznych.

 Falownik może dostarczać napięcia prostokątnego o wypełnieniu około 99%. Jest to rozwiązanie najgorsze. Czas ca 1% okresu jest wystarczający na zmianę znaku  napięcia na odbiorniku -prostowniku na przeciwne. Kondensator X filtru EMC o typowej pojemności 220 nF jest dość szybko przeładowany prądem namagnesowanego transformatora. Proces jest bezstratny.
Jest to marne rozwiązanie.
 W lepszym rozwiązaniu falownik  może dostarczać napięcie quasi prostokątne o regulowanym wypełnieniu 65-99 % w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalnym do napięcia zasilającego akumulatora. Napięcie Zero (w czasie do 35 % okresu) musi być podawane transformatorowi aktywnie bowiem bez tego napięcie jest bardzo zniekształcone a transformator musi być bardzo mocno przewymiarowany aby nie ulegał nasyceniu.  

W najlepszym rozwiązaniu inverter PWM  dostarcza regulowane napięcie quasi sinusoidalne z modulacją PWM. Indukcyjnością L filtru LC jest indukcyjność rozproszenia odpowiednio zaprojektowanego (!) transformatora mocy.  

 W trzech zbadanych UPS mocy 500 VA zastosowano dwa nowoczesne, szeregowo połączone akumulatory 12 V japońskiej firmy Yuasa. Systemy są zatem 24 V. Są to hermetyczne akumulatory ołowiowo - kwasowe z rekombinacją gazów z elektrolizy przy przeładowaniu.
Powyżej mocy 1 KVA stosowane są systemy z napięciem 48 V. Generalnie wraz z mocą rośnie napięcie zasilania z akumulatorów. 
 Z czasopism wynika że prawie identyczne są stosowane zamiennie akumulatory firm Panasonic i Gates Energy. Firma Yuasa znana jest z wysokiej jakości produktów często używanych nawet  w zastosowaniach specjalnych a w tym militarnych.
Sumaryczna pojemność energetyczna produkowanych w świecie akumulatorów stale rośnie i odgrywają one w gospodarce coraz większą rolę. W laboratoriach koncernów trwają intensywne prace nad akumulatorami.
    
 W akumulatorze zachodzi jedna ale dwukierunkowa ( ładowanie / rozładowanie ) reakcja elektrochemiczna. Niestety towarzyszą jej niechciane reakcje uboczne i to one decydują o trwałości akumulatora. Niestety nie ma w języku polskim pozycji poważnie traktującej o akumulatorach. Własności akumulatora (chemia - prawo Arheniusa) silnie zależą do temperatury.  Dostępne są książki a szczególnie naukowo – techniczne czasopisma zachodnie. Modele komputerowe akumulatorów są coraz lepsze ale niestety są złożone i wrażliwe na wartości współczynników co bardzo ogranicza ich praktyczne zastosowanie. 
Wiarygodne  informacje podane niżej są wzięte z materiałów Yuasy. Zachowanie akumulatora jest bardzo złożone i przytoczono tylko informacje ważne dla zaprezentowania dalszych opracowań.
Sposób traktowania każdego akumulatora (nie tylko Lead Acid ) ma ogromny wpływ na jego trwałość !  Na poziomie popularnonaukowym sporo informacji o akumulatorach i ich zastosowaniach  zawiera „Faul Tolerant” ( głównie rozdział XIX. Układy mikromocowe i oszczędne ). Gorące akumulatory sodowe i litowe pod względem masowej gęstości energii są bezkonkurencyjne. Lit stosowany jest też w nowoczesnych akumulatorach zimnych. W obu grupach jest bezkonkurencyjny.
 
Akumulatory się starzeją. Szczególnie szkodzi im za głębokie rozładowanie i przeładowanie. Trwałość obniża szybkie rozładowanie i za szybkie ładowanie. Dla dużej trwałości poniżej temperatury 15% należy stopniowo ograniczać maksymalny  prąd ładowania podobnie jak i powyżej temperatury 35C. 
 Najwyższa trwałość osiąga akumulator w pełni naładowany ale nie przeładowany ! Optymalne w temperaturze 20 C jest napięcie podtrzymania 2.275 V na ogniwo. Napięcie to ma maleć z temperaturą o 3 mV/K na jedną cele.

Ilość cykli pracy do umownego zużycia jest tym mniejsza im głębsze są rozładowania. Energia jaką totalnie zmagazynuje akumulator w swoim życiu  spada z głębokością cykli rozładowania ! 

Mimo procesu rekombinacji gazów długie przeładowanie powoduje spadek żywotności akumulatora.

W miarę rozładowania rośnie oporność wewnętrzna akumulatora.

Jałowe napięcie na akumulatorze zależy od stopnia jego naładowania oraz tego czy akumulator jest po ładowaniu czy po pracy. Po ładowaniu napięcie jałowo powoli spada a po rozładowaniu jałowo powoli  rośnie. Proces ma więc pamięć  i histerezę. Dla akumulatora 12V szerokość strefy nieokreśloności napięcia wynosi około 350 mV z czego na rozrzut napięcia między egzemplarzami przypada mniej niż 100 mV. Im lepsza jest technologia produkcji tym mniejszy jest rozrzut parametrów akumulatorów danego typu. 

Pojemność ładunkowa akumulatora spada wraz z prądem rozładowania. Jeszcze mocniej spada pojemność energetyczna. Spada też dopuszczalne napięcie końcowego rozładowania.

Przy zalecanym napięciu Standby 2.275 V na ogniwo (20C) ładowanie przebiegałoby za wolno.
Im większe jest napięcie ładowania (do 2.5V przy 20 C ale zalecane 2.4 V) tym szybciej akumulator się ładuje ale prąd nie spada dostatecznie po naładowaniu  i dochodzi do degradującego przeładowania akumulatora.  
Na wykresie pokazano proces ładowania akumulatora pustego lub z początkowym 50% ładunku z zasilacza krzyżowego (jak zasilacz laboratoryjny o ustawianym potencjometrami U i I) o napięciu 2.4 V (20C) na cele i prądzie 0.1CA.
Początkowo z maksymalnym prądem (CC- Constant Current ) rośnie napięcie na akumulatorze a następnie stabilizowane jest napięcie (Constant Voltage ) i spada prąd ładowania. Niestety przy takim napięciu akumulator zostaje po dłuższym czasie przeładowany ! Z napięciem 2.5 V przeładowanie jest już niebezpieczne. Stosowanie napięć powyżej 2.4V (przy 20C) na cele niewiele skraca czas ładowania a zmniejsza żywotność akumulatora. 

Bardzo dobry rezultat daje użycie zasilacza krzyżowego z dodatkową nieliniową „ujemną opornością” wyjściową. Gdy przy stabilizowanym napięciu spadnie prąd ładowania, napięcie jest obniżane do optymalnego napięcia Standby. Przy obniżeniu napięcia prąd na chwilę spada prawie do zera ale po chwili wzrasta („Y”) i dalej normalnie spada przy końcowym doładowaniu do wartości prądu upływu akumulatora.

Przy podaniu napięcia ładowania do kompletnie pustego akumulatora prąd dopiero narasta przez około 15 min do wartości „krzyżowej” co wprowadza w błąd system ładowania i operatora. System ładowania powinien jednak być odporny na tą dezinformacje   Akumulator kompletnie pusty nie daje się już naładować do 100% pojemności i stąd takie mordercze rozładowanie jest zabronione. Nawet jeden taki incydent jest bardzo szkodliwy.
Akumulatora nie wolno jest ładować prądem pulsującym ponieważ powoduje to spadek jego  trwałości.  Pulsacje 50/100 Hz to w istocie mikrocykle ładowania – rozładowania. Całkowity ładunek >800 C tych pulsacji  wyczerpuje żywotność celi. 

Archiwum EnergoPatent. Patent 250A  System UPS z pętlą fazową PLL lub  Generatorem synchronizowanym wstrzyknięciem Injection  lub mikrokontrolerem   
1.Pętla synchronizacji fazowej PLL zrealizowana na OPA i komparatorze o nominalnej częstotliwości pracy 50 Hz (60 Hz ) wytwarza przesunięte w fazie o 90 deg napięcia piłokształtne i prostokątne niczym laboratoryjny i monolityczny generator funkcyjny. Napięcie prostokątne podano do quasi mnożącego detektora fazy  z kluczem JFet lub MOS niewrażliwego na zakłócenia napięcia sieciowego. W stanie ustalonym jest ono przesunięte w fazie do napięcia sieciowego o 90 deg zaś napięcie piłokształtne jest w fazie z napięciem sieciowym. Bez synchronizującego napięcia sieciowego generator ma częstotliwość 50 Hz -0.. +0.5Hz . 
Napięcie piłokształtne jest prostym obcinaniem formowane do postaci trapezowej  i podane do invertera PWM i układu decydującego o modzie pracy  lub przekształcone w sygnał prostokątny o regulowanym wypełnieniu do sterowania falownika.
Czas synchronizacji zależy od początkowej różnicy faz.  

W realizacji pętli PLL mikrokontrolerem sygnał 50 Hz (60Hz) przejścia przez Zero ze specjalnego  komparatora niewrażliwego na zakłócenia w napięciu sieciowym podano do przerwania mikrokontrolera. Mikrokontroler podaje próbki napięcia quasi sinusoidalnego do przetwornika DAC sterującego inverter PWM lub podaje sygnał prostokątny o zmiennym wypełnieniu do falownika    

2.Alternatywnie generator o częstotliwości 50 Hz (60 Hz) z mostkiem Wiena RC wytwarza odrobinę symetrycznie obcięte napięcie sinusoidalne. Synchronizujące napięcie sieciowe podano rezystorem do wyjścia mostka Wiena. Niewiele wpływa ono na wytwarzane napięcie generatora ale synchronizuje generator z siecią energetyczną. Oczywiście generator pracuje swobodnie bez napięcia sieciowego. Czas synchronizacji zależy od początkowej różnicy faz. Bez synchronizującego napięcia sieciowego generator ma częstotliwość 50 Hz -0.. +0.5 Hz .
Sygnał z generatora podano do invertera PWM lub komparatorów wytwarzających sygnał prostokątny o regulowanym wypełnieniu do sterowania falownika. 

3.Od wytworzonego napięcia quasi sinusoidalnego odejmowane jest napięcie sieciowe. Różnica podana jest do prostownika z filtrem dolnoprzepustowym RC i dalej do komparatora sterującego układ logiczny lub do systemu przerwania mikrokontrolera. Reakcja na brak napięcia sieciowego jest szybka natomiast po pojawieniu się napięcia sieciowego sygnał pojawi się dopiero po synchronizacji PLL lub generatora ze wstrzykiwaniem do sieci zasilającej.   

Archiwum EnergoPatent. Patent 250B  Instrumentation Amplifier  IA zamiast transformatorków sensing w UPS
Pełnowartościowy UPS musi mieć dwa transformatorki „sygnałowe” na napięcie sieciowe lub rozwiązania alternatywne.  
1.Pierwszy transformatorek do zamknięcia pętli regulacji napięcia pracującego falownika / invertera PWM 
2.Drugi transformatorek  do  monitorowania napięcia sieci zasilającej.
Jakość transformatorka jako przekładnika napięciowego spada z jego mocą i indukcją maksymalną pracy. Zatem użycie transformatorków o mocy pozornej poniżej 5 VA jest wykluczone. Dla napięcia sieciowego 220 Vac transformatorki - przekładniki winny być na napięcie nominalne ponad 300 Vac dla ograniczenia prądu magnesowania  co eliminuje z zastosowania typowe, tanie transformatorki produkowane masowo i czyni koniecznym użycie specjalnie produkowanych drogich transformatorków.
Dwa transformatory (transformator mocy i przekładnik) w kaskadzie w pętli regulacji napięcia wyjściowego falownika / invertera powodują że możliwe wzmocnienie pętli może być tylko małe a nawet bardzo małe. 
W tym zastosowaniu wzmacniacz Instrumentalny może być wykonany w najprostszej konfiguracji na jednym wzmacniaczu operacyjnym (użyty jest tani wzmacniacz z IC wielokrotnego z 2/4 OPA) z 4 rezystorami. Rezystory wejściowe >>4.7 MOhm dają bardzo mały prąd upływu do PE.
Przy użyciu w IA  rezystorów o maksymalnej tolerancji 1% zmiana w gniazdku sieciowym L z N (co jest przecież według przepisów niedopuszczalne ) daje zmianę napięcia na wyjściu IA tylko około 0.4%.Czyli nawet w tej „awaryjnej” sytuacji IA sprawują się doskonale. Zamiast dużych wymiarami rezystorów mocy 1W (straty mocy są w nich znikome ale muszą pewnie, długotrwale pracować pod napięciem sieciowym ) lepiej jest użyć dwóch, trzech szeregowych mniejszych rezystorów.
  IA nie limituje tu Wzmocnienia pętli regulacji napięcia. Limitują to już inne czynniki !     

Archiwum EnergoPatent. Patent 250C Alarm  zamiany N z L w gniazdu sieciowym z UPS 
Ze względów bezpieczeństwa  wszystkie urządzenia dołączone do sieci zasilającej w obudowie metalowej mają ją połączona z ochronnym przewodem PE sieci na wypadek przebicia izolacji 
Prosty układ służy do monitorowanie stanu sieci energetycznej czyli zabronionej zamiany L z N.
Przewodem PE płynie tylko prąd kondensatorów Y filtrów EMC i prąd pojemności między uzwojeniami i rdzeniem. Napięcie na przewodzie PE w stosunku do gleby z reguły nie przekracza 1 Vac. Natomiast napięcie na przewodzie N nie powinno przekraczać 6 Vac.
Zatem w prawidłowej instalacji napięcie PE-N nie powinno przekroczyć 6Vac. Przy zamianie w instalacji  L z N napięcie PE-N wynosi 220 Vac.
Niedopuszczalne napięcie wykrywa bardzo tani układ:
-Neonówka lub efektywna dioda LED  z diodą i szeregowym rezystorem  do N  
-Wejście układu logicznego lub chronione wejście uC z dużym szeregowym rezystorem do N
-Sygnalizacyjny Piszczek i / lub dioda LED.
-Dowolna kombinacja powyższych 
Stan instalacji nN w Polsce jest straszny. W ca co czwartym sprawdzonym gniazdku N zamienione jest z L !

Archiwum EnergoPatent. Patent 250D  Optymalne sterowanie jednofazowym przekaźnikiem mocy w UPS.
Margines czasów bezpieczeństwa przełączania konfiguracji sieciowej przez przekaźnik zależy od tolerancji zwarcia przez falownik lub inverter. Gdy tolerancja zwarcia  jest dobra dodatkowy margines czasu jest zerowy.
A.Uzyskanie szybkiego odpuszczania sieciowego przekaźnika mocy.
W UPS po stwierdzeniu awaryjnego braku napięcia sieciowego przekaźnik mocy musi być jak najszybciej wyłączony aby odłączona była sieć zasilająca od wyjścia invertera-falownika. 
 Czas odpuszczania przekaźnika jest w pokazanym trywialnym układzie pomiarowym  łatwy do zmierzenia i obserwacji oscyloskopem. Czas ten bardzo mocno zależy od napięcia wstecznego na cewce przekaźnika po jego wyłączeniu. 
Z powodu histerezy przekaźnik quasi statycznie  odpuszcza dopiero przy dość małym napięciu sterującym. Dla części przekaźników 12-24 Vdc napięcie statycznego odpuszczenia może wynosić zaledwie 10-20% napięcia nominalnego. 
Gdy stosowana jest równoległa do cewki przekaźnika dioda to napięcie po „wyłączeniu” przekaźnika wynosi na nim Ud czyli około -0.7V. Prąd w cewce o znacznej indukcyjności zanika powoli i czas odpuszczenia przekaźnika może z diodą przekroczyć 20-40 ms. Napięcie wsteczne można podnieść dając w szereg z tą diodą Diodę Zenera DZ. Zdolność tolerancji przez DZ impulsu mocy jest dość różna co należy zawsze sprawdzić w Dokumentacji DZ. Bardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest praca sterującego przekaźnik tranzystora bipolarnego w modzie Avalache lub praca tranzystora Mosfet też w modzi Avalache. Nie należy stosować rezystora  Rbe ponieważ powiększy on (dla szybkości wyłączenia przekaźnika jest to korzystne ) napięcie Uce na „wyłączonym” tranzystorze bipolarnym ale tranzystor pracuje wtedy w wąskim obszarze SOA. Tranzystory Mosfet mają bardzo dużą tolerancje impulsu mocy w modzie Avalanche. Tranzystory może trochę odciążyć odpowiedni (!) szeregowy dwójnik RC równoległy do cewki przekaźnika lub tranzystora. Spowoduje on nawet szybką zmianę kierunku prądu rozmagnesowując rdzeń ale skrócenie czasu zależy od konstrukcji przekaźnika i czasem jest prawie zerowe. Dwójnik RC nie jest tu snubberem (!) i po zdjęciu sterowania z bazy /bramki tranzystor ma dalej cały czas przewodzić. Snubber spowodowałby przerwanie prądu i wzrost napięcia ponad Uceo i przy napięciu Ucbo przebicie tranzystora i momentalny spadek do Uceo. Rzadko taki incydent jest szkodliwy dla tranzystora ale nie jest to wykluczone. Biorąc pod uwagę to że tranzystor BC327 o Ic=800 mA  są niewiele droższy od typów BC użycie z Ic=100 mA użycie dwójnika
RC jest nieekonomiczne. Tani, popularny tranzystor BC327 w obudowie TO92 ma szeroki obszar bezpiecznej pracy SOA. Jest zupełnie wystarczający do tego zastosowania dla przekaźnika na 12 Vdc. Taki obszar SOA BC337 pokazano na przykład w katalogu firmy Motorola. Dla przekaźnika na napięcie 24 Vdc odpowiedni może być ( jeśli Uceo BC337 jest za małe ) tranzystor BC639 o Uceo=80V również w obudowie TO92.
 Na wykresie pokazano zmierzony czas mechanicznego (może w czasie rozłączenia dojść jeszcze czas elektrycznego przerwania łuku) odpuszczenia przekaźnika (przekaźnik 12 lub 24Vdc na prąd sieciowy 10Aac) w funkcji napięcia wstecznego na nim.
Początkowo ze zwiększeniem napięcia DZ (lub Uceo lub Udsbr) czas odpuszczania przekaźnika szybko spada ale ze wzrostem Udz spada coraz wolniej. Energia impulsu w DZ  rośnie aż  do dużego napięcia a  czas impulsu spada. Z użyciem tranzystora wysokonapięciowego jako klucza bez DZ można zobaczyć że szpilka  potrafi sięgnąć ponad 200-400 V ! Napięcie to wynika z pojemności uzwojeń i klucza oraz prądów wirowych w rdzeniu przekaźnika.
     
B.Optymalny moment załączenia jednofazowego przekaźnika mocy
W UPS po stwierdzeniu pojawienia się stabilnego  i zsynchronizowanego napięcia sieciowego przekaźnik mocy ma być włączony w odpowiednim momencie  tak aby czas przerwy w zasilaniu urządzenia był jak najmniejszy.
Czas załączenia przekaźnika mocy z cewką napięcia stałego jest łatwy do zmierzenia w pokazanym prostym układzie. Zależy on od podanego do cewki napięcia i temperatury uzwojenia. Czas spada z rosnącym napięciem (rośnie z temperaturą czyli statycznym napięciem )  i możliwe jest dynamiczne forsowanie pod warunkiem jednak że nie powoduje to odbijania styków ! Nie należy stosować statycznego forsowania bowiem prowadzi to do przegrzewania cewki i spowalnia załączenie przekaźnika. 
W przypadku przekaźnika na napięcie zmienne ale też stycznika i wyłącznika CB czas załączenia zależy dodatkowo od kąta fazowego momentu podania napięcia. Czas ten z reguły jest dłuższy niż dla typu dla napięcia stałego. Częściej też występuje odbijanie styków.
  Odbiornik jednofazowy z prostownikiem pojemnościowym nie jest realnie zasilany gdy chwilowe napięcie sieciowe jest mniejsze niż napięcie kondensatora prostownika. To kluczowa obserwacja dla wyboru momentu załączenia przekaźnika.
W pokazanym prostym układzie przekaźnik jest załączany gdy pojawi się rozkaz i po regulowanym potencjometrem ( tylko w układzie badawczym jest potencjometr ) kątem fazowym (podobieństwo do regulacji fazowej tyrystorem). Oszczędniejszym rozwiązaniem jest prosty program dla mikrokontrolera gdy ten jest w systemie PLL. Napięcie załączające przekaźnik winno być stabilizowane aby czas załączenia był w miarę stabilny. Sterowanie jest więc predykcyjne.
 Na marginesie zauważmy że w najnowszych układach predykcyjnie załączających CB generatora synchronicznego na sieć stosuje się załączanie predykcyjne uwzględniające czas operacji CB tak aby styki CB dotknęły się gdy napięcie między nimi jest najmniejsze !  
 
Archiwum EnergoPatent. Patent 250E Funkcje UPS (i nie tylko UPS) związane z akumulatorem do całościowego zastosowania. 
1.Ochrona przed nadmiernym rozładowaniem akumulatora
2.Ładowanie wysokiej jakości akumulatora z sygnalizacją
3.Estymacja stanu zużycia akumulatora i stanu naładowania 
4.Testowanie stanu akumulatora (zastosowanie ogólne nie tylko w UPS).
 
1.Z wykresu wynika że dopuszczalne końcowe napięcie rozładowania akumulatora maleje z prądem obciążenia. W pokazanym  prostym rozwiązaniu adekwatnym do prądu obciążeń UPS w zakresie 1:10 zupełnie wystarczające jest liniowe obniżenie napięcia granicznego ( gdy konieczne jest zrzucenie obciążenia pod rygorem szybkiej utraty trwałości akumulatora )  pobierany prąd. Przy spadającym ale większym od końcowego skorygowanym o prąd napięciu załączany jest Alarm akustyczny aby użytkownik zakończył działalność bowiem po niedługim czasie nastąpi dzikie, ochronne  wyłączenie UPS. Równolegle informacja ostrzegawcza może być podana komputerowi poprzez szeregowy interface RS-232.  Wygodne jest użycie części (dalsze do układu ładowania z sygnalizacją) komparatorów z poczwórnego układu LM339. Są one dość wolne (jak na komparatory !) ale odporne na zakłócenia co jest tu zaletą. Wygodne są też w tych systemach poczwórne wzmacniacze operacyjne. Rezystor przez który płynie prąd obciążenia jest elementem Invertera i nie ma potrzeby użycia kolejnego (szkodliwego bowiem występuje strata napięcia czyli energii ) rezystora mocy.

2.Opisany już dobry algorytm ładowania ma de facto nieliniową ujemną oporność. W pokazanym układzie „State Machine” (SM ma tu 4 stany) m.in steruje zasilaczem i sygnalizacyjnymi diodami LED: Ładowanie pełnym prądem z obniżonym napięciem / Ładowanie pełnym napięciem / Ładowaniem obniżonym napięciem Standby po spadku prądu / Dalszy spadek prądu po ładowaniu napięciem Standby czyli całkowite naładowanie.  Stany te dobrze korespondują ze stanem naładowania akumulatora ale wyrażone w % zależą od wartości 2 użytych „programujących” napięć  i 3 użytych prądów.  
Tranzystor jako sensor temperatury zmniejsza napięcie ładowania z rosnąca temperaturą. Tam gdzie zmiany temperatury pracy są małe (w biurze) układ z nim jest w zasadzie  zbędny. Może też być przy niskich temperaturach ograniczony maksymalny prąd ładowania co podniesie żywotność akumulatora.
Gdy UPS ma mikrokontroler z komunikacyjnym interface szeregowych RS232 stan logiczny SM podano do portu mikrokontrolera. Role SM może tez wykonać program mikrokontrolera.   

3.Estymacja stanu zużycia akumulatora i stanu naładowania jest możliwa tylko z użyciem mikrokontrolera z pamięcią nieulotną. Mikrokontroler może mieć wewnętrzny lub zewnętrzny przetwornik ADC z multiplexerem. Z jego braku możliwe jest użycie taniego przetwornika V/F w roli ADC. Przetwornik V/F dobrze współpracuje nawet z prostym mikrokontrolerem. Prąd ładowania ma układem kondycjonera zmieniony znak w stosunku do prądu rozładowania i skalę ponieważ prąd ładowania jest  mniejszy od maksymalnego prądu rozładowania. Ponieważ próbkowanie może być wolne ( słaby mikrokontroler ) użyto do pomiaru prądów i napięcie prostych antyaliasingowych dolnoprzepustowych filtrów RC. Wystarczająca jest 8 bitowa rozdzielczość przetwornika ADC. Dysponując lepszym ADC można uprościć układ ale precyzyjny ADC jest drogi.  Prosty program do oceny zużycia akumulatora zlicza ładunek wszystkich rozładowań ale używa dla rosnących prądów rosnących wag (wcześniej przygotowanych ) wziętych z pamięci ROM programu jako ze rozładownie dużym prądem skraca żywot akumulatora.    

4.Testowanie stanu akumulatora (zastosowanie ogólne nie tylko w UPS).
Mikrokontroler  rejestrujący przebieg napięcia na akumulatorze i prądu oraz temperatury  w czasie rozruchu diagnozuje stan akumulatora i to pod bardzo dużym obciążeniem. 
Bardzo mały wymiarami  i masą system ( także pokładowe urządzenie samolotu i samochodu)  testowy może (przed każdym lotem, rozruchem..) w sekwencji na chwile załączyć silnym tranzystorem Mosfet ( lub kilka tranzystorów połączonych równolegle ) mały wymiarami rezystor dużego obciążenia i na podstawie spadku napięcia czyli wewnętrznej oporności zarejestrować stan akumulatora. Aby urządzenie samo nie stało się powodem problemów lub pożaru przy uszkodzeniu Mosfeta mocy lub jego sterowania  jest ono awaryjnie odłączone od instalacji akumulatora przez bezpiecznik zwłoczny i pozystor aby brak rozłączenia  prądu (potrójne zabezpieczenie a gdy przepalić ma się też niepalny rezystor mocy odpowiednio umieszczony zabezpieczenie jest poczwórne ) ma podnieść alarm i zablokować automatyczną sekwencje startową. Możliwy jest rozruch „ręczny” urządzenia na pełną odpowiedzialność operatora.  
 W pokazanym prostszym rozwiązaniu nie ma mikrokontrolera. Na zewnętrzny  rozkaz  (na przykład naciśnięcie przycisku) Klucz załącza rezystor mocy obciążenie na pewien czas. Gdy jednak napięcie przed czasem spadnie poniżej zadanej wartości klucz jest wyłączany. Dodatkowo w kondensatorze zapamiętany jest czas (gdy przerwano obciążenie przed czasem ) lub końcowe napięcie z pełnym czasem. Informacje jest prezentowana małą linijką LED. Może być modyfikowane pomiarem temperatury sensorem NTC lub tranzystorem. Analogowa pamięć z kondensatorem ma dryft i po niedługim czasie na odczyt wynik ma być skasowany. 
Negatywny logiczny Wynik testu może / powinien blokować start urządzenia.

Wszystkie proponowane rozwiązania są proste i tanie czyli iloraz Funkcjonalności do Ceny jest wysoki.


Sprawdzenie
1.Wymień zastosowania systemów UPS

2.https://matusiakj.blogspot.com/2016/09/archiwum-automatyczne-strojenie.html
 "Niech obiektem będzie kaskada trzech identycznych członów inercyjnych [non interactive] czyli filtr dolnoprzepustowy. Na wykresie pokazano jak system wytwarza stabilne drgania przy wzmocnieniu 8 razy."
Trzy identyczne człony RC [Interactive] jako przesuwnik fazowy przesuniecie fazy 180 deg dają przy tłumieniu 29 razy - Wzór w https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_oscillator  Zatem wzmacniacz w generatorze z przesuwnikiem  fazy ma mieć wzmocnienie -29 razy czyli dużo większe od 8. W pokazanej odwracającej konfiguracji z idealnym OPA Rfb = 29 x  R(1,2,3). Napięciowym wyjściem przesuwnika fazowego jest punkt R1C1 a wyjściem prądowym R1 dołączony do ujemnego wejścia OPA czyli Virtual Ground 

 Generator z przesuwnikiem fazy ma już swoje lata i oryginalne publikacji o nim są trudno dostępne. Znajomość metod elektrotechniki i matematyki jest pożyteczna i warto czasem potrenować umysł.
-Wykonaj analizę teoretyczną takiego przesuwnika fazy z wyprowadzeniem jej transmitancji i dowodem że przy przesunięciu fazy o 180 deg tłumienie G wynosi 29 razy 
Podpowiedź – Zacznij od prostej Transmitancji ogólnej drabinki ale tu z trzema identycznymi stopniami 
-Która para RC drabinki wprowadza największe przesuniecie fazy a która najmniejsze 
-Wykonaj dodatkowo analizę z użyciem dowolnego programu Matematyki symbolicznej 
-Przy stałych iloczynach RnCn z kolejno geometrycznie m spadającymi wartościami rezystorów (rosnącymi kondensatorów) spada wymagane wzmocnienie do generacji. Gdy m=1 to wzmocnienie G wynosi 29. Gdy m dąży do nieskończoności G dąży do 8. Przedstaw wykres G(m). 

Ćwiczenie 
1.Na rysunku pokazano kaskadę dwóch niezależnych zbiorników (Non Interactive) i zbiorników zależnych od siebie (Interactive) oraz ich zlinearyzowanych w punkcie pracy liniowych analogów RC. 
 

Niech analogi będą zlinearyzowane przy poziomie cieczy 50% maksymalnej wielkości w zbiornikach.
Używając dowolnego programu symulacyjnego lub papieru i ołówka. 
-Jak dalece linearyzacja jest niedoskonała szczególnie dla doboru regulatora PID poziomu w drugim zbiorniku ?
-Jakie powinny być punkty linearyzacji 

2.Literatura akumulatorów LiIon jest szeroka. Z racji własności akumulatora LiIon (Uwaga – Jest ich kilka niezamiennych rodzajów ). W najprostszym razie ładowarka akumulator LiIon to zasilacz krzyżowy. 

Zasilacz ładowarki jest z reguły impulsowy. W użytej tu komercyjnej ładowarce użyto układu ADP3801 (pdf). Akumulator jest rozładowywany przełączanymi rezystorami mocy

Ale w bardziej wyrafinowanym rozwiązaniu mikrokontroler podaje do ADP3801  dwa sygnały analogowe pochodzące z filtrowania sygnału PWM i dwa sygnały logiczne.

 Mikrokontroler ma informacje o temperaturze akumulatora i w pamięci nieulotnej jego historie używania. Poniżej temperatury 0C akumulatora nie wolno ładować i dopuszczalny prąd rośnie z temperaturą do ca 20C ale powyżej temperatury  40C  należy go redukować.  
-Podaj algorytmy które mają zapewnić długą i bezpieczną prace akumulatora
-Jakie wybierane przez użytkownika urządzenia z akumulatorem parametry może / powinien dostać algorytm 
-Zaprogramuj i praktycznie sprawdź te algorytmy na systemie uruchomieniowym z PIC32.