Opracowanie 2008 – Finalna wersja skompilowana By Mirecki

OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
1.
a)
W urządzeniach energoelektronicznych stosujemy separację galwaniczną z
wykorzystaniem transoptorów. Który z poniższych układów charakteryzuje się
większą odpornością na występujące szybkie zmiany napięcia między separowanymi
obwodami? Odpowiedź uzasadnij!
b)
Odpowiedź: rysunek A (rezystor na 3 nóżce)
W przypadku B szybkie zmiany napięcia powodują większe skoki napięcia UCE, a te z kolei
przekładają się na intensywność świecenia diody LED. Tak więc układ A jest odporniejszy na
szybkie zmiany napięcia, która pochodzą z wejścia.
2.
Podaj warunki doboru układów RC zabezpieczenia styków przy obciążeniach
indukcyjnych.
a) rezystancja R – zmniejsza szybkość narastania napięcia
b) pojemność C – obwód indukcyjny jest źródłem przepięć, zaś duży kondensator
ceramiczny zwiera szybkie zmiany napięcia do masy
3.
Dlaczego w układach transmisji (jak na rysunku) stosujemy elementy R1, R2,
R3, R4 i C1?
Strona 1 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
4.
Narysować schemat wejścia cyfrowego (z separacją galwaniczną na
transoptorze) i analogowego (ze wzmacniaczem operacyjnym) sterownika
mikroprocesorowego. Na rysunku zaznaczyć układy zabezpieczające.
W cyfrowym zabezpieczają: rezystory i dioda, zaś w analogowym rezystory i pojemność.
5.
W układzie falownika tranzystorowego zastosowano transoptor o
współczynniku CMTI = 10 kV/μs. Czy układ będzie odporny na zaburzenia
eletromagnetyczne, jeżeli nastąpi komutacja tranzystora i w czasie 200ns napięcie
zmieni się o 1000V.


6.
będzie odporny za zaburzenie
będzie odporny dla transoptora o zmniejszonej wartości parametru CMTI.
Które z sygnałów przedstawionych na rysunku są właściwymi przebiegami
wyjściowymi A,B przetwornika obrotowo – impulsowego.
Strona 2 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
7.
Który z układów charakteryzuje się największą skutecznością ochrony styku:
8.
W układzie regulacji stosujemy najczęściej regulatory typu:
9. W nowoczesnych układach serwonapędów stosujemy:
10. W układzie serwonapędu zastosowano interfejs transmisji szeregowej. Jaki
minimalny czas jest potrzebny do przesłania kodu – ON (załączenie napędu), jeżeli
główne parametry interfejsu wynoszą: tryb pracy – asynchroniczny, kod – ASCII,
szybkość 19200 b/s
11. Dlaczego w układach sterowania serwonapędów stosujemy zadawanie wg krzywej
„S”?
Strona 3 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
12. W oprogramowaniu procesora ruchu zakodowano równania regulatora położenia,
wyjaśnić poszczególne oznaczenia
13. W układach sterowania numerycznego obrabiarek (CNC) zalecane są:
14. Inteligentne moduły mocy mogą zawierać:
15. Podczas włączania tranzystora IGBT przy obciążeniu RL (prąd ciągły) z diodą
zwrotną
16. W układzie pomiaru położenia urządzenia technologicznego zastosowano
przetworniki: przyrostowy i absolutny. Podczas ruchu urządzenia nastąpił zanik
napięcia zasilającego enkodery. Jakie układypomiarowe będą – po powrocie
zasilania – prawidłowo wskazywały położenie?
Strona 4 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
17. W układzie zabezpieczeń przekształtnika tranzystorowego przed skutkami zwarcia
wykorzystano rezystor małoindukcyjny o R = 10 mΩ i L = 0,1μH. Próg działania
komparatora do wejścia, do którego podłączono rezystor ustalono na 0,5 V.
Przekroczenie tego poziomu napięcia blokuje impulsy sterujące przekształtnikiem.
Czy parametry R i L bocznika dobrano prawidłowo, jeżeli w stanie pracy normalnej
płynie prąd impulsowy o amplitudzie 10A i szybkości zmian 10A/μs, zaś w stanie
zwarcia rezystory mogą komutować (???) prąd 100A o tej samej szybkości zmian?
di
10
 Ri  0,1  10 6  6  10  10 3  10  1,1 V
dt
10
di
10
u z (t )  L  Ri  0,1  10 6  6  10  10 3  100  2 V
dt
10
u (t )  L
Przy nastawie 0,5V parametry R i L dobrano w sposób nieprawidłowy.
18. Przedstawić schemat mostkowego falownika napięcia i kolejne stany tranzystorów
(grupy górnej) w celu realizacji sześciu stanów aktywnych V1-V6 i dwóch
nieaktywnych V0-V7 wektorów przestrzennych napięcia trójfazowego, które
zaznaczono na poniższym rysunku.
Tabela przełączania:
V1
V2
V3
V4
V5
V6
TA1
1
1
0
0
0
1
TB1
0
1
1
1
0
0
TC1
0
0
0
1
1
1
Strona 5 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
19. Określić minimalną szybkość szeregowej transmisji danych dla 4 serwonapędów
połączonych w sieci o strukturze drzewiastej, jeżeli cykl zadawania położenia dla
każdego z napędów wynosi 1 ms, a informacja o położeniu wymaga przesłania 4
bajtów danych.


Po 4 bajty na zapytanie i odpowiedź
4 serwonapędy
4  4  4
 8 bitow  256 kbitow / s
1 ms
20. Przekształtniki ze wspomaganiem przełączenia przez obwody rezonansowe
umożliwiają:




zwiększenie częstotliwości przełączeń,
zmniejszenie_strat przewodzenia łączników,
ograniczenie ilości elementów biernych,
zmniejszenie poziomu zaburzeń elektromagnetycznych.
21. W układzie przetwornicy obniżającej napięcie z przełączaniem przy zerowym
prądzie ZCS, warunkiem naturalnego wyłączenia łącznika jest, aby maksymalny
prąd cewki rezonansowej:




był ponad dwa razy mniejszy od prądu obciążenia,
był ponad dwa razy większy od prądu obciążenia,
był równy prądowi obciążenia,
naturalne wyłączenie łącznika nie zależy od prądu obciążenia.
22. W układzie przetwornicy obniżającej napięcie z przełączaniem przy zerowym
napięciu ZVS, regulację napięcia wyjściowego na obciążeniu uzyskuje się przez:




regulację czasookresu wyłączenia łącznika,
regulację częstotliwości wyłączenia łącznika,
regulację czasookresu włączenia łącznika,
przede wszystkim zmieniając obciążenia.
23. W przetwornicy obniżającej napięcie (buck converter) częstotliwość graniczna filtru
LC powinna być:




dużo większa od częstotliwości przełączania przetwornicy
porównywalna z częstotliwością przełączania przetwornicy
trochę mniejsza od częstotliwości przełączania przetwornicy
znacznie mniejsza od częstotliwości przełączania przetwornicy
Strona 6 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
24. Tranzystory IGBT
zabezpieczenia:




w
inteligentnych
modułach
mocy
zawierają
typowo
nadprądowe
zwarciowe
od przepięć w obwodzie zewnętrznym
od obniżenia się napięcia zasilającego (???)
25. W celu właściwej ochrony styku przełączającego należy:




bezpośrednio przełączać obciążenie indukcyjne, gdyż w tym przypadku nie są
wymagane układy ochrony
przyłączyć diodę szeregowo do cewki indukcyjnej
bezpośrednio przyłączać obciążenie pojemnościowe, gdyż nie ma przyczyn
uszkodzenia styków
ograniczyć szybkość narastania napięcia styku poniżej 1 V/μs
26. W jakim układzie sterowania będzie prawidłowo pracował mikrokontroler, którego
port PWM steruje inteligentnym modułem mocy ze sterownikiem bramkowym z
przesuwaniem poziomu napięć sterujących:



w układzie z pośrednimi układami transoptorów lub transformatorów impulsowych
separujących galwanicznie obwody portu PWM mikrokontrolera,
w układzie z dodatkowymi filtrami dolnoprzepustowymi włączonymi pomiędzy
portem PWM a sterownikiem bramkowym (przy braku filtrów - zaburzenia
elektromagnetyczne z obwodu mocy mogłyby zakłócić pracę mikrokontrolera)
w układzie bezpośredniego połączenia portu PWM ze sterownikiem bramkowym i
separacją galwaniczną obwodów wejściowych
27. Przetwornik obrotowo-impulsowy o 500 imp./obr przyłączono do interfejsu
enkoderowego mikrokontrolera. Program obsługujący interfejs pracował w trybie
multiplikacji impulsów. Wał enkodera obrócono o 4π rad a następnie cofnięto o 2π
rad. O ile zmieni się zawartość licznika mikrokontrolera:

2000
28. Rezolwer wraz z układem przetwornika elektronicznego dostarcza informacji:

położeniu absolutnym i prędkości kątowej
Strona 7 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
29. W układzie jak na rysunku błędnie doprowadzono zasilanie – napięcie tętnień przez
RS, C i wzmacniacz przenosi się na wyjście wzmacniacza. Ile – dla danych jak
poniżej – wyniesie napięcie tętnień na wyjściu wzmacniacza?
Dane: napięcie tętnień wynosi 10 mV i ma częstotliwość 100 Hz, pojemność
kondensatora C wynosi 100 μF, rezystancja RS = 50 mΩ, a wzmocnienie wzmacniacza
1000 V/V.
Uzasadnienie:
1
1

 15,915 
C 2   100 100 10 6
U
10 10 3
I C  tęętnieni 
 0,628 mA
XC
15,915
XC 
U S  Rs  I C    50 10 3  0,628 10 3 1000  31,4 mV
30. Dlaczego przy nóżkach zasilających układy scalone dołączamy kondensatory –
elektrolityczny i ceramiczny?
31. W transformatorze zasilającym zastosowano niezwarty zwój z folii miedzianej w
celu:
32. W celu zabezpieczenia styku przed dużymi prądami udarowymi (np. przy obciążeniu
pojemnościowym) należy zastosować:
33. W celu zabezpieczenia styku stosujemy:
34. W celu właściwej ochrony styku przełączającego należy:
Strona 8 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
35. Rezolwer jest przetwornikiem:
Jeżeli w pytaniu jest mowa o rezolwerze z układem przetwornika elektronicznego (ang. Resolver To Digital
Converter) to można też mierzyć prędkość kątową. Sam rezolwer raczej takiej funkcji w sobie nie ma.
36. Transoptor liniowy:
Odnośnie separacji nie mamy pewności. Wiemy, że separację zapewnia, ale nasza niepewność wynika z
charakteru sygnału.
37. Serwonapęd przeznaczony jest zwłaszcza do:
38. Jakość pracy serwonapędu zwiększamy poprzez:
Nie wiemy, czy „nastawy filtrów” są poprawna odpowiedzią. „Regulatory” na pewno są złą odpowiedzią, bo
prąd reguluje się poprzez PI.
39. Sieć komputerowa napędów sterowanych zazwyczaj zawiera:
40. W układach pomiaru
przyrostowe, gdyż:
położenia
stosujemy
optoelektroniczne
przetworniki
Pozostałych odpowiedzi nie jesteśmy pewni.
41. Co to jest sterowanie wstępne Kffs (i jakiego może być typu) w regulatorze
serwonapędu?
Wysterowanie wstępne KffS (ang. Feed Forward Gain1) jest sprzężeniem zmniejszającym
uchyb położenia ze wzrostem prędkości ruchu.
1
Sprzężenie w przód
Strona 9 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
42. W nowoczesnych obrabiarkach CNC stosujemy:
Bardzo prawdopodobne jest, że odpowiedź ze „sprzężeniem w przód” (patrz: pytanie poprzednie) jest dobra.
43. Jak zapobiegać występowaniu rezonansów mechanicznych w układzie serwonapędu:




Zwiększyć wzmocnienia regulatora napędu
Wprowadzić minimalne wzmocnienia regulatora
Uaktywnić filtr pasmowy regulatora
Zadawać wg krzywej S
44. W układzie przetwornicy obniżającej napięcie z przełączaniem przy zerowym
prądzie ZCS, regulację napięcia wyjściowego uzyskuje się poprzez:




regulację częstotliwości włączenia łącznika,
regulację czasookresu włączenia łącznika,
regulację czasookresu wyłączenia łącznika,
przede wszystkim zmieniając obciążenia.
Przy ZVS jest włączenie!
45. W układzie przetwornicy obniżającej napięcie z przełączaniem przy zerowym
napięciu ZVS, warunkiem naturalnego wyłączenia łącznika jest, aby maksymalny
prąd kondensatorze rezonansowym:




było ponad dwa razy mniejsze od napięcia wejściowego,
było ponad dwa razy większe od napięcia wejściowego,
był0 równe napięciu wejściowemu,
włączenie łącznika nie zależy od napięcia wejściowego.
Strona 10 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
46. W układzie energoelektronicznym zastosowano obwód drukowany o grubości
warstwy miedzi 70 μm i szerokości ścieżek 1 mm. Jakie maksymalne prądy mogą
popłynąć w urządzeniu?
47. Dlaczego w serwonapędach
wejścia/wyjścia:
stosujemy
swobodnie
programowalne
układy
48. Narysować schemat blokowy regulatora o strukturze rozproszonej z algorytmem
sterowania w węźle zadajnika.
Strona 11 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
49. W przekształtniku obniżającym napięcie ze wspomaganiem przełączania tranzystora
przy zerowym napięciu ZVS:
 przedstawić schemat i wskazać elementy umożliwiające funkcjonowanie układu
w trybie przełączania ZVS
 podać i objaśnić warunek naturalnego przełączenia tranzystora przy zerowym
napięciu
Elementy: dioda Dr, pojemność Cr, indukcyjność Lr
Ui
 I 0 - napięcie UCr narasta liniowo, gdy UCr = Ui dioda Dr zaczyna przewodzić.
zo
Tworzy się rezonans szeregowy, podczas którego przełącza się tranzystor.
Warunek:
50. Dla układu obniżającego napięcie :
 naszkicować schemat oraz przebiegi napięcia na cewce Ld
 wyznaczyć wzmocnienie Uo/Ui układu
Ad a)
Strona 12 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
Ad b)
Rys. Napięcie na cewce
Ton*(Uo-Ui)=(T-Ton)*Uo
(Ui-Uo)*T*γ= T*(1- γ)*Uo
Ui* γ -Uo* γ =Uo-Uo* γ
Uo/Ui= γ
51. W jakim standardowym formacie 16-bitowym x.y najlepiej (tj. z określoną
dokładnością) wyrazić 2 ?Odpowiedź uzasadnić.
2  1,414...
Stosuje się standardowy format 2.14
2 pierwsze bity rezerwuje się na wartość całkowitą liczby, 14 kolejnych bitów na dokładność.
A zatem dla części całkowitej liczby 1,414… mamy zapis: 0  21  1  2 0  1
Dla cyfr po przecinku, czyli 0,414… mamy zapis: 0  2 1  1  2 2  1  2 3  ...
Zauważmy, że liczymy 0  2 1 , gdyż liczbąc 1  2 1  0,5 , co jest wartością większą od
0,414…
A zatem otrzymujemy: 0  21  1  2 0 | 0  2 1  1  2 2  1  2 3  ...
Można sobie zadać pytanie – czemu jest format 2.14 a nie np. 1.15? Cóż, patrząc na wszystkie
testy z tym pytaniem dochodzimy do wniosku, że format 2.14 jest formatem standardowym, a
1.15 nie jest.
W bardziej przystępny sposób nie umiemy tego wytłumaczyć.
Strona 13 z 14
OPRACOWANIE 2008 – FINALNA WERSJA SKOMPILOWANA
By Mirecki & Robson
52. Dlaczego w rozległych liniach transmisji stosujemy rezystory włączone pomiędzy
masę sygnałową a uziemienie:




likwidują odbicia i poprawiają jakość sygnału
ograniczają wartość prądu pomiędzy masami
zmniejszają potrzebną moc transmitowanych sygnałów
zabezpieczają przed skutkami przepięc
53. Dla układu podwyższającego napięcie :
a) naszkicować schemat oraz przebiegi napięcia na cewce Ld
b) wyznaczyć wzmocnienie Uo/Ui układu
Rys. Napięcie na cewce
ULd=Ui-Uo
Ui*Ton=(T-Ton)(Uo-Ui)
Ui*γ*T=(T- γ *T)(Uo-Ui) //wyciągam T przed nawias i skracam
Ui* γ =Uo-Ui-Uo* γ +Ui* γ
Ui=Uo(1- γ)
Uo/Ui=1/(1- γ)
Strona 14 z 14