К функциям системы управления силовым электронным устройством относятся

Лекция № 7 — Микропроцессорные системы управления автомобиля

В настоящее время техническая оснащенность автомобиля различными электронными системами значительно возросла. Последние достижения в области электроники и микропроцессоров способствовали повышению надежности, эргономичное TM и безопасности автомобиля.

Доля электроники в автомобилях постоянно увеличивается — в 2000 году на нее приходилось 22% стоимости автомобиля, а в 2010 — 35%.

Еще более возрастает роль электронных и микропроцессорных систем, которые во многом определяют активную и пассивную безопасность автомобиля. Так 1 июля 2004 года в Европейском союзе вступило в силу коллективное обязательство автопроизводителей не поставлять на рынок автомобили без антиблокировочных систем. Как ожидается, вскоре аналогичное решение будет принято и по подушкам безопасности.

Не меньшее внимание уделяется экологическим показателям автомобиля, выполнить которые без микропроцессорного управления силовым агрегатом невозможно.

1. Общие сведения об электронных и микропроцессорных системах автомобиля

Понятие электронной системы является более общим, нежели понятие микропроцессорной системы. В самом общем смысле под электронной системой понимается система, построенная на радиоэлектронных элементах.

Электронная система автомобиля — система (узел) автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется принципиальной электрической схемой блока управления или всего узла. При этом технически электронный блок управления (ЭБУ) или весь узел может быть выполнен на дискретных и (или) интегральных радиоэлементах, а изменение алгоритма работы системы или узла невозможно без изменения электрической схемы.

Микропроцессорная система автомобиля — система автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется программой процессора электронного блока управления (ЭБУ). Таким образом, в данной системе всегда есть блок управления на основе микропроцессора и для изменения алгоритма работы системы требуется изменить программу микропроцессора.

Основные компоненты электронных и микропроцессорных систем автомобиля.

Современный автомобиль обладает значительным количеством электронных и микропроцессорных систем различного назначения и уровня сложности, что определило разнообразие в элементной базе устройств и технологиях их изготовления.

Рассмотрим основные критерии классификации электронных компонентов автомобиля.

По типу элементов: дискретные и интегральные электронные компоненты.

По типу рабочего сигнала: цифровые и аналоговые компоненты.

По условиям применения: стандартные (универсальные) и специальные компоненты.

Более подробно рассмотрим интегральные микросхемы (ИС), которые в настоящее время являются преобладающими в автомобильной электронике.

В подавляющем большинстве сейчас используются монолитные интегральные микросхемы (1С- integrated circuit), то есть выполненные на едином кристалле полупроводника (чаще кремния) по планарной технологии. Данная технология позволяет производить в микросборке все полупроводниковые элементы, а также пассивные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы.

Выделяют пять уровней интеграции микросхем:

В настоящее время производятся последние три группы интегральных микросхем. Аналоговые интегральные микросхемы чаще всего делятся по назначению: операционные усилители, стабилизаторы напряжения, усилители низкой частоты, компараторы и т. д.

Цифровые интегральные микросхемы имеют, как правило, два критерия классификации:

— по технологии полупроводников: биполярные, на основе полевых транзисторов и гибридные.

— по назначению: логические, триггеры, регистры, шифраторы, мультиплексоры, микросхемы памяти, высокомощные микросхемы.

Отдельным классом цифровых интегральных микросхем стоят микропроцессоры.

Микропроцессор (МП) — это программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление этим процессом, реализованное в одной или нескольких больших интегральных схемах (БИС).

Микропроцессорная ЭВМ (или микроЭВМ) — это ЭВМ, включающая микропроцессор, полупроводниковую память, средства связи с периферийными устройствами и, при необходимости, пульт управления и блок питания, объединенные одной несущей конструкцией.

В зависимости от способа конструирования микроЭВМ делят на:

— однокристальные, выполненные на одном кристалле,

— одноплатные, реализованные на одной плате,

— многоплатные, когда микропроцессор и основная память располагаются на одной плате, средства связи с периферийными устройствами — на других.

Микропроцессорная система (МПС) — информационная, измерительная, управляющая или другая специализированная цифровая система, включающая микроЭВМ и средства сопряжения с обслуживаемым объектом.

Программное обеспечение МПС (ПО МПС) — совокупность программ, которые находятся в памяти системы и реализуют алгоритм функционирования системы.

2. Системы управления двигателем

2.1 Основные принципы управления двигателем

Автомобильный двигатель представляет собой систему, состоящую из отдельных подсистем: системы топливоподачи, зажигания, охлаждения, смазки ит.д. Все системы связаны друг с другом и при функционировании они образуют единое целое.

Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления, движение с относительно постоянной скоростью, остановки.

Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режим двигателя, воздействуя на дроссельную заслонку. Выходные характеристики двигателя при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и угла опережения зажигания, управление которыми обычно осуществляется автоматически .

Схема двигателя как объекта автоматического управления приведена на рис.2.

Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки j _др, угол опережения зажигания q , цикловой расход топлива G_т и др.) — это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.

Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент Ме, показатель топливной экономичности g_е и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.

Кроме входных управляющих параметров, на двигатель во время его работы воздействуют случайные возмущения, которые мешают управлению. К случайным возмущениям можно отнести изменение параметров состояния внешней среды (температура Т, атмосферное давление р, влажность), свойств топлива и масла и т.д.

Для двигателя внутреннего сгорания характерна периодическая повторяемость рабочих циклов. Как объект управления двигатель считается нелинейным, так как реакция на сумму любых внешних воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности. Учитывая, что двигатель в условиях городской езды работает на нестационарных режимах, возникает проблема оптимального управления им. Возможность оптимального управления двигателем на нестационарных режимах появилась с развитием электронных систем управления.

Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления, движение с относительно постоянной скоростью, остановки.

Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режим двигателя, воздействуя на дроссельную заслонку. Выходные характеристики двигателя при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и угла опережения зажигания, управление которыми обычно осуществляется автоматически.

Входные параметры — это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.

Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент, показатель топливной экономичности и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.

2.2 Электронные системы впрыскивания бензина

Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени по сравнению с карбюраторами с электронным управлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить, что системы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с использованием карбюраторов из-за большего числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.

По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные и цифровые системы. К настоящему времени структурные схемы систем впрыскивания топлива в основном стабилизировались При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.

При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач.

Идентичность составов горючей смеси по цилиндрам в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной системы. При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива.

Особенно эффективна в отношении повышения топливной экономичности система распределенного впрыскивания топлива в сочетании с цифровой системой зажигания.

В мировой практике разработкой электронных систем впрыска топлива занимаются многие фирмы, однако наиболее известны в Европе: BOSCH, Siemens, поэтому чаще всего используют их обозначение систем. Общепринятым международным обозначением электронных систем впрыска является Jetronic. В настоящее время в массовом производстве преобладает система под названием LH-Jetronic, которая является системой распределенного впрыска топлива во впускной трубопровод. Применяется как синхронный и асинхронный впрыск топлива. Главной чертой этой системы является термоанемометрический расходомер воздуха, взамен расходомера на основе потенциометра с заслонкой.

2.3 Микропроцессорные системы управления бензиновым двигателем

Сейчас практически отказались производители от отдельных электронных систем впрыска и производят электронные системы управления двигателем (МСУД), объединяющие управление впрыском топлива и зажиганием бензинового двигателя. Такие системы обозначаются Motronic. Производятся на современном этапе три типа систем:

— M-Motronic — микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным впрыском топлива;

— ME-Motronic — микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным, последовательным впрыском топлива, с X- регулированием и электронным дросселем (система ETC);

— MED-Motronic- микропроцессорная система управления зажиганием и непосредственным впрыском топлива в цилиндры (Direct injection, DI).

Рассмотрим особенности систем ME-Motronic и MED-Motronic.

Кроме основных своих функций система ME-Motronic выполняет и целый ряд дополнительных функций с разомкнутой и замкнутой системами управления. В качестве примера можно назвать:

— регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; регулирование коэффициента избытка воздуха (замкнутая система управления);

— улавливание топливных паров; рециркуляция отработавших газов для снижения содержания оксидов азота;

— контроль за работой вспомогательной воздушной системы для снижения содержания углеводородов в отработавших газах;

— автоматическое регулирование скорости движения (круиз-контроль).

При оснащении бензинового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива системой MED-Motronic расход топлива может быть снижен не менее чем на 20 % по сравнению с двигателем, имеющим впрыск топлива во впускной трубопровод.

При этом может быть достигнут длительный эффект снижения выбросов диоксида углерода (СО2) во время движения автомобиля.

При непосредственном впрыске топлива должна осуществляться возможность скоординированного выбора между вариантами применения неоднородной смеси (послойного заряда) при неполной нагрузке и однородной (гомогенной) смеси при полной нагрузке и наоборот.

Основными требованиями при использовании системы MED-Motronic являются:

— точное дозирование потребного количества впрыскиваемого топлива;

— создание необходимого давления впрыска;

— управление моментом впрыска;

— впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания.

Так же должны быть согласованы требования к величине крутящего момента двигателя, с тем, чтобы затем имелась возможность проведения необходимых регулировочных операций на данном двигателе.

Принцип работы электронной системы управления двигателем

Электронная система управления двигателем (ЭСУД) может быть системой управления как бензиновым, так и дизельным двигателем. Указанная система управления состоит из входных датчиков, ЭБУ, а также исполнительных устройств.

Развитие электронных систем управления ДВС стало возможным благодаря активному внедрению в конструкцию силовых агрегатов электронных компонентов. Еще одним фактором развития электронного управления стали экологические нормы и стандарты, полного соответствия которым можно добиться только при условии высокоточной работы управляющих систем.

На раннем этапе система управления двигателем представляла собой решение, в котором конструктивно были объединены система зажигания и система впрыска топлива. Сегодня ЭБУ двигателем контролирует большое количество систем и механизмов ДВС, среди которых:

• система впуска;
• система топливного впрыска;
• система зажигания;
• система охлаждения;
• система EGR;
• система выпуска;
• тормозная система и т.д.

Система управления двигателем работает по следующему принципу. В различных механизмах ДВС установлены входные датчики. Среди основных выделяют:

• датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
• датчик расхода воздуха (сегодня используется массовый воздухорасходомер ДМРВ);
• датчик давления топлива;
• датчик положения распредвала (датчик Холла, ДПРВ);
• датчик коленвала;
• датчик детонации;
• кислородные датчики;
• датчики температуры ОЖ, моторного масла, воздуха и т.д.

Указанные датчики осуществляют замер параметров работы мотора, после чего происходит преобразование в электрический сигнал. На современных автомобилях сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Данные от датчиков являются основой, которая позволяет ЭБУ контролировать работу двигателя на разных режимах. Показания отдельно взятых датчиков могут служить для управления как одной, так и одновременно несколькими системами силового агрегата.

Помощь в дистанционном обучении

Решение тестов, помощь в закрытии сессии студентам МТИ, Синергии, ГТЕП, Московской Академии Предпринимательства

Силовая электроника

Тест Московского Технологического Института и Синергии «Силовая электроника» Цена 300р.

Время восстановления обратного сопротивления для диодов общего назначения достигает:

от 25 до 100 мкс

Динамическими параметрами силового диода являются

время восстановления обратного напряжения

время нарастания прямого тока

При переходе в закрытое состояние мощность потерь в силовом диоде

имеют большую площадь p-n-перехода

используются для выпрямления больших токов

имеют малую площадь p-n-перехода

используются для выпрямления малых токов

Силовой диод содержит

В режиме лавинного пробоя силового диода

резко увеличивается обратный ток при незначительном изменении обратного напряжения

Схема замещения реального силового диода при низкой частоте не содержит

Мощность потерь обратного восстановления силового диода равна

произведению энергии обратного восстановления и частоты коммутации

К статическим параметрам силового диода не относится

время нарастания прямого тока

Идеальный диод переходит в замкнутое состояние, если

напряжение на аноде больше, чем напряжение на катоде

Силовым диодом называется

полупроводниковый неуправляемый прибор с двумя выводами

Электрический пробой силового диода возникает, когда

обратное напряжение увеличивается сверх установленного порога

Величина заряда обратного восстановления силового диода

прямо пропорциональна энергии обратного восстановления

Основная функция силового диода

выпрямление переменного сигнала

К предельно допустимым параметрам силового диода относится

импульсное обратное напряжение

Какое импульсное обратное напряжение имеет силовой диод 6-го класса

Отсутствие неосновных носителей в диоде Шоттки не обеспечивает

предельное обратное напряжение более 100 В

Быстровосстанавливающиеся диоды характеризуются следующими параметрами

прямой ток — в диапазоне от 10 до 1000 А

обратное напряжение от 50 до 3000 В

При подаче прямого напряжения смещения сопротивление идеального диода

Время восстановления обратного сопротивления для быстровосстанавливающихся диодов достигает:

К параметрам силовых диодов не относятся

Какой полупроводник используется при изготовлении диода Шоттки

При подаче обратного напряжения смещения сопротивление идеального диода

стремится к бесконечности

Диоды общего назначения на основе p-n-перехода характеризуются

высокими значениями обратного напряжения и прямого тока

В ключевом режиме работы силового биполярного транзистора рабочая точка может находиться в следующих положениях

в точке отсечки

в точке насыщения

В активном режиме работы биполярного транзистора

выходной ток равен входному току

выходной ток прямо пропорционален входному току

выходной ток обратно пропорционален входному току

К основным статистическим параметрам силовых биполярных транзисторов относятся

максимально допустимый ток коллектора

ток обратного смещенного коллекторного перехода

Транзисторы Дарлингтона используют для

увеличения коэффициента передачи тока в силовых высоковольтных транзисторах

В симметричных силовых биполярных транзисторах области коллектора и эмиттера имеют

одинаковые свойства и геометрические размеры

Для перехода биполярного транзистора p-n-p-типа в режим насыщения необходимо сместить переходы

эмиттер-база — в прямом направлении

коллектор-база — в прямом направлении

коллектор-база — в обратном направлении

эмиттер-база — в обратном направлении

полупроводниковый полностью управляемый прибор с тремя и более выводами

В структуре биполярного транзистора крайний слой, являющийся источником носителей зарядов, называется

Коэффициент насыщения биполярного транзистора прямо пропорционален

току базы в насыщенном режиме

току коллектора в насыщенном режиме

току базы в граничном режиме

Силовой биполярный транзистор в точке отсечки находится в

закрытом состоянии и характеризуется очень малым током

Для перехода биполярного транзистора p-n-p-типа в режим отсечки необходимо сместить переходы

коллектор-база — в обратном направлении

эмиттер-база — в обратном направлении

Для перехода биполярного транзистора p-n-p-типа в активный режим необходимо сместить переходы

Выберите один или несколько ответов:

эмиттер-база — в прямом направлении

коллектор-база — в обратном направлении

Граничное условие перехода биполярного транзистора p-n-p-типа из активного режима в режим отсечки

Выберите один ответ:

напряжение между базой и эмиттером равно нулю

напряжение между базой и коллектором меньше нуля

напряжение между базой и коллектором равно нулю

напряжение между базой и эмиттером меньше нуля

В основе биполярного транзистора лежит

трехслойная полупроводниковая структура

Коэффициент передачи тока в транзисторе Дарлингтона равен

произведению коэффициентов передачи тока двух составных транзисторов

В активном режиме биполярного транзистора большая часть неосновных носителей, перешедших из эмиттера в базу, достигает коллекторного p-n-перехода благодаря

малой толщины базы

большой площади коллекторного p-n-перехода

В режиме насыщения биполярный транзистор можно заменить

зам¬кнутым ключом, на котором падает небольшое напряжение

источником тока эмиттера, управляемого током базы

В режиме отсечки силового биполярного транзистора

выделяемая мощность очень большая, а выходное напряжение очень низкое

выделяемая мощность и выходное напряжение очень большие

выделяемая мощность очень мала, а выходное напряжение высокое

В каком режиме может находиться биполярный транзистор в зависимости от полярности приложенного к переходам напряжения

Выберите один или несколько ответов:

В режиме отсечки биполярный транзистор можно заменить

Выберите один ответ:

источником тока эмиттера, управляемого током базы

источником тока коллектора, управляемого током базы

В ключевом режиме работы биполярного транзистора мощности потерь в точках отсечки и насыщения будут

значительно меньше мощности потерь в рабочей точке линейного режима транзистора

Граничное условие перехода биполярного транзистора p-n-p-типа из активного режима в режим насыщения

напряжение перехода коллектор – база равно нулю

напряжение перехода коллектор – база меньше нуля

напряжение перехода база – эмиттер больше нуля

В инверсном режиме работы силового биполярного транзистора p-n-p-типа переходы смещаются

эмиттер-база — в обратном направлении

коллектор-база — в прямом направлении

В активном нормальном режиме силовой биполярный транзистор для малых приращений тока базы можно заменить

источником тока коллектора, управляемого током базы

источником тока эмиттера, управляемого током коллектора

источником тока коллектора, управляемого током эмиттера

В структуре биполярного транзистора крайний слой, принимающий заряды, называется

Полевые транзисторы нельзя включать по схеме

с общей базой (ОБ)

Полевой транзистор в линейном режиме используется как

сопротивление, управляемое напряжением на затворе

Какие полевые транзисторы не входят в общую группу по принципу действия

МОП — транзисторы (металл -окисел-полупроводник)

транзисторы с управляющим p-n-переходом (p-n-затвором) (ПТУП)

транзисторы с изолированным затвором (ПТИЗ)

МДП — транзисторы (металл -диэлектрик-полупроводник

Для изготовления высоковольтных DМОП — транзисторов с n-каналом используются

вертикальные структуры с высоколегированной подложкой n+ — типа

Современные МОП-транзисторы обеспечивают коммутацию

токов до 50 А и напряжения до 1000 В

Силовой униполярный транзистор – это полупроводниковый

полностью управляемый электрическим полем прибор

К основным статическим параметрам полевых транзисторов с изолированным затвором не относятся

Выберите один или несколько ответов:

энергия потерь при выключении

К основным динамическим параметрам полевого транзистора с изолированном затвором не относятся

тепловое сопротивление переход-корпус

крутизна передаточной характеристики

К основным преимуществам полевых транзисторов относятся:

высокое входное сопротивление в схеме с общим истоком (ОИ)

отсутствие вторичного пробоя

Какая из схем включения полевого транзистора позволяет получить значительные коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности одновременно

с общим истоком (ОИ)

Наибольшее применение в силовой технике получили МОП-транзисторы

с индуцированным каналом

К недостаткам МОП-транзисторов относится

большое значение входной емкости

повышенное сопротивление в проводящем состоянии

В силовых униполярных транзисторах регулирование тока производится с помощью

электрического поля, перпендикулярного направлению тока

Какие существуют силовые униполярные транзисторы по принципу действия

с управляющим p-n-переходом

с изолированным затвором

При одинаковой технологии изготовления DМОП-транзисторы по сравнению с VМОП–транзисторами имеют

более низкое сопротивление открытого канала

более высокое пробивное напряжение

При отсутствии напряжений на электродах полевого транзистора сопротивление сток – исток

составляет десятки Ом

составляет единицы Ом

К основным динамическим параметрам полевого транзистора с изолированном затвором относятся

Высокое входное сопротивление полевых транзисторов обусловлено тем, что регулирование значения тока осуществляется

поперечным электрическим полем, а не током

В качестве многоканальных полевых транзисторов с высокими пробивными напряжениями (до 300 В) применяются:

К основным статическим параметрам полевых транзисторов с изолированным затвором относятся:

максимально допустимый ток стока

крутизна передаточной характеристики

Особенностью МОП-транзисторов является

высокое входное сопротивление и высокое быстродействие

Качество МДП — структуры тем выше, чем

Выберите один или несколько ответов:

меньше паразитная емкость

выше крутизна передаточной характеристики

Каких силовых МОП-транзисторов с изолированным затвором не существует

с проводным каналом

Полевой транзистор в режиме насыщения используется как

источник тока, управляемый напряжением на затворе

В МОП-транзисторе управляющее напряжение, регулирующее ширину проводящего канала, подается на

Выберите один ответ:

При включении тиристора допустимая скорость нарастания анодного тока должна находиться в пределах

от 10 до 100 А/мкс

На основе тиристоров с неполной управляемостью построены

управляемые выпрямители тока

преобразователи переменного напряжения

Конструктивно симистор представляет собой

объединение двух встречновключенных тиристоров

В силовых приборах на основе многослойных p-n-переходов с неполной управляемостью

включение осуществляется сигналом управления

выключение – при спаде тока через прибор до нуля

К параметрам силовой цепи тиристора по току не относится

максимально допустимый средний прямой ток (предельный ток)

При подаче на управляющий электрод сигнала одной полярности симисторы включаются

в прямом направлении

в обратном направлении

Тиристоры с полной управляемостью применяются при создании

регулируемых электроприводов переменного тока

мощных источников питания электрических подстанций

К силовым приборам на основе многослойных p-n-переходов с неполной управляемостью не относится

интегрируемый запираемый тиристор IGTC

Многослойный силовой полупроводниковый прибор содержит

Запираемый тиристор GTO

управляется сигналами различной полярности

Допустимый ток тиристора в относительных единицах с ростом частоты

увеличивается до 1 и потом остается неизменным

К динамическим характеристикам тиристоров в переходном процессе включения не относится

К динамическим характеристикам тиристоров в переходном процессе выключения относятся

время запаздывания обратного напряжения

Фототиристор – это фотоэлектронный прибор

Выберите один или несколько ответов:

имеющий четырехслойную структуру

управляемый световыми импульсами

К силовым приборам на основе многослойных p-n-переходов с полной управляемостью относятся

полевой тиристор МСТ

фототиристор со встроенным в него светоизлучателем

Ассиметричный (обычный) тиристор содержит

четыре слоя с разным типом проводимости

В интегрированном запираемом тиристоре IGCT присутствует

интегральная схема управления

К параметрам силовой цепи тиристора по напряжению относятся

напряжение лавинного пробоя

напряжение переключения тиристора

Симистор – это тиристор, который может

пропускать ток в обоих направлениях

не пропускать ток в обоих направлениях

Допустимый ток тиристора в относительных единицах с ростом скорости охлаждающего воздуха

увеличивается до 1

Основным преимуществом тиристора GCT по сравнению с тиристором GTO является его

В тиристоре SCR при подаче только положительного напряжения между анодом и катодом, но с величиной меньше напряжения переключения,

переходы П1 и П3 смещаются в прямом направлении

переход П2 смещается в обратном направлении

Допустимый ток тиристора в относительных единицах с ростом температуры окружающей среды

уменьшается до нуля

Для включения тиристора SCR необходимо

подать положительное напряжение между анодом и катодом

подать импульс управления на управляющий электрод

По результатам анализа основных параметров транзисторных ключей самое высокое обратное напряжение выдерживает

биполярный транзистор с изолированным затвором

По результатам анализа основных параметров транзисторных ключей самый высокий ток коммутации обеспечивает

биполярный транзистор с изолированным затвором

Статический индукционный транзистор по сравнению с полевым транзистором с изолированным затвором имеет

более низкое сопротивление канала в проводящем состоянии

более высокое сопротивление канала в проводящем состоянии

более низкое быстродействие

более высокое быстродействие

Как и МОП-транзистор СИТ транзистор

Выберите один или несколько ответов:

имеет горизонтальную структуру

имеет вертикальную структуру

В транзисторе IGBT сочетается

высокое входное сопротивление МОП-транзистора с высокой токовой нагрузкой

малое сопротивление во включенном состоянии биполярного транзистора

SIT транзисторы производятся с каналами

Эквивалентная крутизна передаточной характеристики БТИЗ

обратно пропорциональна напряжению на затворе

прямо пропорциональна напряжению на затворе?

Силовые комбинированные приборы могут коммутировать

токи до 3,6 кА при напряжении до 6,5 кВ

В структуре IGBT транзистора сочетаются две биполярные структуры

При изготовлении полевых транзисторов с изолированным затвором, имею¬щих вертикальный канал, образуется паразитный

Основные преимущества IGBT

по сравнению с полевыми транзисторами

меньшее напряжение в открытом состоянии

Высокой температурной устойчивостью не обладает

IGBT транзистор не находит применение в области

Передаточной характеристикой IGBT транзистора называется зависимость тока коллектора от напряжения между

затвором и эмиттером при заданном напряжении между коллектором и эмиттером

Статический индукционный транзистор СИТ может работать при

прямом смещении затвора (режим биполярного транзистора)

прямом смещении затвора (режим полевого транзистора)

обратном смещении затвора (режим полевого транзистора)

обратном смещении затвора (режим биполярного транзистора)

В отличие от обычных тиристоров новые комбинированные приборы не имеют

не полное управление

Биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT сочетает особенности

полевого транзистора с горизонтальным каналом

полевого транзистора с вертикальным каналом

Быстродействие IGBT транзистора

ниже быстродействия полевых транзисто¬ров

выше быстродействия биполярных транзисторов

К новым типам комбинированных транзисторов относятся

биполярные транзисторы с изолированным затво¬ром

полевой тиристор МСТ

транзисторы со статичес¬кой индукцией

Биполярный транзистор с изолированным затвором представляет собой сочетание

входного биполярного n-p-n-транзистора

выходного униполярного (полевого) транзистора с изолированным за¬твором

выходного биполярного n-p-n-транзистора

входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным за¬твором

Ток стока IGBT транзистора

Выберите один или несколько ответов:

прямо пропорционален эквивалентной крутизне

обратно пропорционален эквивалентной крутизне

прямо пропорционален напряже¬ниюна затворе

обратно пропорционален напряже¬нию на затворе

Структура IGBT транзистора отличается от структуры DМОП-транзистора

дополнительным слоем полупроводника p-типа

Для схемы с общим эмиттером IGBT транзистора выходной характеристикой называется зависимость тока коллектора от напряжения между

коллектором и эмиттером при заданном напряжении между затвором и эмиттером

Достоинства БСИТ по сравне¬нию с СИТ

напряжение отсечки имеет отрицательное значение

при отсутствии напряжения на зат¬воре БСИТ находится в закрытом состоянии

при отсутствии напряжения на зат¬воре БСИТ находится в открытом состоянии

на¬пряжение отсечки равно нулю

Сходство характеристик БТИЗ и ПТИЗ в области безопасной работы

наличие участка вторичного пробоя-

высокая температурная устойчивость

отсутствие участка вторичного пробоя

низкая температурная устойчивость-

Электронный аппарат – это электротехническое устройство управления потоками

Устройством силовой техники, преобразующим переменное напряжение одной частоты в переменное напряжение другой постоянной, является

В разумных силовых интегральных схемах в качестве силовых ключей получили широкое распространение

Выберите один или несколько ответов:

биполярные транзисторы с изолированным затвором

К аппаратам высокого напряжения, предназначенным для компенсации реактивной мощности, относятся

Система управления силовым электронным аппаратом, в отличие от силовой части, не обеспечивает

передачу электрической энергии от первичного источника к потребителю

При использовании широтно-импульсной модуляции временные параметры имеют вид

период импульса TO= const, длительность импульса tИ = var

Системы управления с амплитудно-импульсной модуляцией относятся к

К аппаратам высокого напряжения, служащим для отключения цепи от тока при ремонте электрооборудования, относятся

разъединителя и отделители

Устройством силовой техники, преобразующим переменное напряжение в постоянное, является

Сигналы, выходящие с выхода блока обработки информации БОИ, не содержат информации

в какое состояние перейдет устройство

Устройством силовой техники, преобразующим постоянное напряжение в переменное, является

К функциям системы управления силовым электронным устройством относятся

преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение

осуществление оперативного обмена с внешней средой

формирование сигналов управления силовой частью

преобразование постоянного напряжения в переменное напряжение

Блок, предназначенный для согласования уровней сигнала между выходом регулятора и непосредственными входами силовых устройств, это

ФИУ – формирователь импульсов управления

К аппаратам высокого напряжения, обеспечивающим отключение электрических цепей в режиме короткого замыкания, относятся

выключатели высокого напряжения

Основными недостатками ФИУ, построенных на базе частотно-широтно-импульсной модуляции, являются

низкая частота коммутации

низкие динамические характеристики

зависимость частоты коммутации от тока нагрузки

зависимость частоты коммутации от входного напряжения

К аппаратам низкого напряжения не относятся

При использовании частотно-широтно-импульсной модуляции временные параметры имеют вид

период импульса TO= var, длительность импульса tИ = const

Не существует вида модуляции со следующими временными параметрами

период импульса TO= const, длительность импульса tИ = const

Сигналы управления, поступающие на вход блока обработки информации (БОИ), могут

транслироваться в устройство контроля и диагностики (УКД)

транслироваться в блок датчиков Д

обрабатываться непосредственно в блоке БОИ

транслироваться в блок коммутационной аппаратуры КА

К аппаратам высокого напряжения не относятся

аппараты автоматического регулирования

Блок, обеспечивающий связь устройства с внешней средой, это

БОИ – блок обработки информации

Какие из нижеперечисленных систем не относятся к дискретным системам

Не существует следующего вида модуляций

К основным режимам работы формирователя импульсов управления не относятся

токовый режим с выключением по тактовому сигналу

При использовании частотно-импульсной модуляции временные параметры имеют вид

период импульса TO= var, длительность импульса tИ = const

Входной ток оптронов в импульсном режиме составляет

К вариантам выключения силового биполярного транзистора не относится

режим подачи отрицательного напряжения для прямого смещения эмиттерного перехода

Комплементарные пары транзисторов, входящие в состав ФИУ

при отсутствии управляющего сигнала находятся в режиме насыщения и режиме отсечки

при поступлении управляющего сигнала переключаются в режим насыщения и режим отсечки

Принципы построения ФИУ не зависят от

конструктивного исполнения полупроводникового прибора

Что не относится к преимуществам транзисторов ПТИЗ и БТИЗ перед биполярными транзисторами

низкое входное сопротивление затвора

К проблемам использования трансформаторных ФИУ для управления силовыми ключами с изолированным затвором не относятся

независимость амплитуды импульса управления от скважности

независимость стабильности времени выключения от длительности прямого сигнала

Потенциальная развязка информационного сигнала не выполняется с помощью

непосредственной гальванической связи

Для выполнения потенциальной развязки применяют ФИУ, в которых используется

совместная передача энергии и формы управляющего сигнала

раздельная передача энергии и информационного сигнала

К недостаткам оптронной развязки в ФИУ не относится

потенциальная развязки информационного сигнала

Входной ток оптронов в статическом режиме составляет

Для реализации идеального управляющего импульса необходимо

использовать нелинейную обратную связь между входом и выходом

чтобы ФИУ соответствовал источнику тока, а не напряжения

Что не относится к основным требованиям, предъявляемым к трансформаторным ФИУ

обеспечение максимальной начальной площади импульса включения тиристора

Наиболее оптимальным техническим решением выключения силового биполярного транзистора является использование схемы с

отрицательным напряжением обратного смещения

В режиме эмиттерного управления силовым ключом используют вспомогательный

низковольтный быстродействующий МДП-транзистор

Форсированный вывод биполярного транзистора электронного ключа из режима насыщения осуществляется

путем размыкания его эмиттерной цепи

Диодная оптронная развязка информационного сигнала в ФИУ обеспечивает

возможность передачи непрерывных сигналов информации

высокую помехозащищенность передачи

По методу управления биполярными транзисторами различают следующие режимы работы

пропорциональное изменение базового тока транзистора с изменением тока нагрузки

постоянный ток затвора управления транзистором при изменении тока нагрузки

постоянный базовый ток управления транзистором при изменении тока нагрузки

пропорциональное изменение тока затвора транзистора с изменением тока нагрузки

Для управления электронным ключом на биполярном транзисторе не должно выполняться следующее требование

гарантированный переход транзистора в режим насыщения под воздействием тока эмиттера

Основные требования по параметрам ФИУ предъявляются к

форме сигнала управления

мощности сигнала управления

форме питающего напряжения

частоте питающего напряжения

Предельная частота управления силовым ключом полевого транзистора

обратно пропорциональна величине заряда во входной цепи ключа

прямо пропорциональна среднему выходному току драйвера

В схеме ФИУ комплементарные транзисторы используют в основном для

снижения мощности, потребляемой ФИУ

К основным проблемам прямого управления силовым полевым транзистором в импульсных источниках питания относятся

ограниченный выходной ток драйвера

низкая рассеиваемая мощность в драйвере

высокий уровень выходного тока драйвера

оптимизация разводки печатной платы

Для ограничения напряжения на затворе полевого транзистора параллельно выходному узлу драйвера включают

шунтирующий высокочастотный конденсатор небольшой емкости

шунтирующий низкочастотный конденсатор большой емкости

К основным требованиям, предъявляемым к управлению ПТИЗ и БТИЗ, относятся

для закрытия транзисторов на их затвор необходимо подать нулевое напряжение

для открытия транзисторов на их затвор необходимо подать напряжение равное от 10 до 15 В

В настоящее время широкое применение в качестве полностью управляемых ключей получили

силовые биполярные транзисторы

полевые транзисторы с изолированным затвором

биполярные транзисторы с изолированным затвором БТИЗ и IGBT-транзисторы

Нуль-орган не может быть выполнен на базе:

полупроводниковых диодов, работающих под управлением синхроимпульсов

Принципы построения систем управления преобразовательными устройствами не зависят от

конструкции преобразовательного устройства

Система управления электронными ключами не предназначена для

преобразования переменного напряжения в постоянное

В структурной схеме, реализующей вертикальный способ управления, содержится

генератор пилообразного напряжения (ГПН)

фазосдвигающее устройство (ФСУ)

Для управления многофазными выпрямителями система управления должна включать

количество каналов, равное

произведению фазности на число периодов выпрямителя

Преобразователи частоты непосредственного типа содержат в каждой фазе вентильные группы, работающие

в инверторном режиме

только в выпрямительном режиме

в выпрямительном режиме

Фазосдвигающие устройства (ФСУ) не строятся на базе

управляемых транзисторных генераторов

Коэффициент заполнения импульсов силового ключа

обратно пропорционален периоду следования импульсов

обратно пропорционален длительности открытого состояния ключа

прямо пропорционален длительности открытого состояния ключа

В асинхронной одноканальной системе управления 3-х фазным выпрямителем распределитель импульсов обеспечивает сдвиг фаз по трем каналам на величину

Чтобы регулировать частоту задающего генератора (ЗГ) асинхронная система должна

иметь отрицательную обратную связь

В системе управления инвертором автономного типа с 2-х ступенчатой коммутацией

четыре формирователя импульсов управления (ФИУ)

два формирователя импульсов управления (ФИУ)

два распределителя импульсов (РИ)

В одноканальной системе управления 3-х фазным выпрямителем на входы схем совпадения (СС) поступают импульсы с выходов

Выберите один или несколько ответов:

устройства синхронизации (С)

генератора пилообразного напряжения (ГПН)

В одноканальной системе управления 3-фазным выпрямителем частота генератора пилообразного напряжения

в три раза превышает частоту питающей сети

В системе управления инвертором автономного типа с 2-х ступенчатой коммутацией

частота на выходе задающего генератора (ЗГ)

в два раза превышает выходную частоту инвертора

При вертикальном способе управления напряжение с анода тиристора поступает

через устройство синхронизации С на вход генератора пилообразного напряжения (ГПН)

Система стабилизации выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного тока содержит

контур отрицательной обратной связи, включающий датчик напряжения (ДН)

Частота импульсов с выхода задающего генератора (ЗГ) в схеме 3-х фазного мостового инвертора напряжения

в шесть раз превышает выходную частоту инвертора

прямо пропорциональна частоте пульсации

прямо пропорциональна частоте питающего напряжения

обратно пропорциональна частоте питающего напряжения

обратно пропорциональна частоте пульсации

В системы управления трехфазно-однофазного преобразователем частоты с непосредственной связью содержатся

Выберите один или несколько ответов:

две системы управления инверторным режимом (СУИР)

три системы управления инверторным режимом (СУИР)

две системы управления выпрямительным режимом (СУВР)

три системы управления выпрямительным режимом (СУВР)

В асинхронной одноканальной системе управления 3-х фазным выпрямителем частота задающего генератора (ЗГ)

в три раза превышает частоту питающей сети

В цифровой системе управления сигнал с выхода схемы сравнения

включает в работу распределитель импульсов (РИ)

обнуляет содержимое счетчика импульсов (СИ)

включает в работу генератор эталонной частоты (ГЭЧ)

В структурной схеме, реализующей фазоимпульсный способ управления, содержится

генератора пилообразного напряжения (ГПН)

фазосдвигающее устройство (ФСУ)

Многоканальная система управления 3-х фазным выпрямителем содержит

три генератора пилообразного напряжения

один генератор пилообразного напряжения

Наибольшее распространение нашли следующие способы управления вентильными преобразователями

При фазоимпульсном способе управления напряжение с анода тиристора поступает

через устройство синхронизации (УС) на вход фазосдвигающего устройства (ФСУ)

Для защиты от перегрузок по напряжению, связанных с коммутационными процессами, используют

снабберы, включаемые параллельно силовому ключу или группе приборов

Начальный прирост тока в схеме тиристорного ключа с насыщающимся дросселем

обратно пропорционален числу витков дросселя

прямо пропорционален напряженности магнитного поля сердечника

К основным причинам, вызывающим появление аварийных токовых перегрузок силовых ключей, не относится

влияние паразитных элементов монтажа

Для уменьшения паразитной емкостной связи между проводниками не выполняют

приближают сигнальные проводники к силовым шинам

В трехфазной мостовой схеме, включающей непосредственную гальваническую связь между шиной драйверов и общей шиной силовой схемы, для устранения паразитной связи не используют

увеличение площади соединительных контуров

Для выключения определенных типов GTO в режиме перегрузки по току не используют

плавкие предохранители общего назначения

Для мостовых схем используют защитные RCD-цепи, в которых резисторы подключаются

перекрестно к противоположным монтажным шинам схемы

Главным достижением развития современных силовых ключей является

объединение в едином корпусе прибора функций переключателя, управления и защиты

Управляющий параметр N, влияющий на изменение траектории движения рабочей точки транзистора, не зависит от

величины защитной емкости

Если при работе запираемых тиристоров скорость нарастания тока di/dt превышает предельно установленный уровень, то

возрастает мощность потерь

ухудшаются частотные и динамические свойства прибора

С точки зрения обеспечения безопасной работы транзистора необходимо

одновременно увеличивать параметры M и N

При расчете защитных цепей тиристорных ключей по сравнению с транзисторными ключами не учитываютследующие особенности

наличие более низких амплитудных значений переключающих токов и высоких значений рассеиваемой мощности

Наиболее важными методами защиты от токовой перегрузки не являются

уменьшение влияния паразитных элементов монтажа

Для снижения влияния помех на информационные каналы сигналов силовых ключей выполняют

уменьшают индуктивную связь между проводниками

гальваническую развязку между основными токоведущими шинами схемы и драйверами ключей

Перегрузки по напряжению от характера подключенной нагрузки, как правило, определяются действием нагрузок

с большой индукционной составляющей

В структурной схеме контроля режима токовой перегрузки по выходному напряжению ключа к функциям триггера не относится

управляет работой компаратора

Управляющий параметр M, влияющий на изменение траектории движения рабочей точки транзистора, не зависит от

величины дополнительной индуктивности

Основными видами перегрузок по напряжению не являются

короткое замыкание цепи нагрузки

Для защиты от перегрузок по напряжению, связанных с характером подключенной нагрузки, используют

дополнительные элементы, обеспечивающие снятие накопленной энергии

дополнительные элементы, шунтирующие нагрузку

Для уменьшения влияния паразитных индуктивностей не рекомендуют выполнять монтаж силовой схемы с помощью

Какие силовые приборы не относятся к основным группам «разумных» преобразовательных приборов

силовые ключи с внешними системами защиты и управления

С целью исключения бросков напряжения на силовом ключе, вызванных аккумулированной на индуктивности энергией, в цепь нагрузки не вводят дополнительный

Для исключения выхода из строя тиристорного ключа к запираемому тиристору GTO

параллельно включают демпфирующую RCD — цепь

Перегрузки по напряжению от коммутационных процессов не связаны с эффектами

повреждение силового ключа

Для защиты от перегрузок по напряжению под воздействием питающей сети используют

внешние защитные устройства, подключенные параллельно входу силового преобразователя

Величина паразитной индуктивности в мостовой схеме на базе МСТ тиристоров

прямо пропорциональна величине напряжения источника питания

обратно пропорциональна предельно допустимой скорости нарастания анодного тока

Эффективным техническим решением является использование в выпрямительных схемах ключевых транзисторов с

синхронным переключением в такт от высокочастотного входного сигнала

пониженным до долей вольта выходным напряжением

К основным достоинствам однотактных схем импульсных преобразователей относятся

малое количество силовых ключей

простота реализации схем управления

Область применения биполярных и МОП-транзисторов

Повышение рабочей частоты выше резонансной обеспечивает коммутацию ключей с LC-цепью

при нулевом значении напряжения

Самую маленькую мощность рассеивания в диапазоне от 10 до 1000 Вт имеют

мощные полевые транзисторы (MOSFET)

Для систем питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока эффективно используют

Использование МСТ тиристоров требует специальных мер по

ограничению скорости нарастания тока на аноде в режиме включения ключа

обеспечению безопасной траектории в режиме выключения ключа в рамках заданной ОБР

Для построения систем управления двигателями переменного тока наиболее перспективными являются

В резонансных силовых преобразователях

коммутация силовых ключей выполняется либо при нулевом напряжении, либо при нулевом токе

паразитные элементы являются составной частью резонансного LC-контура

Не характерно для силовых полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT)

низкий уровень коммуникационных потерь

низкое быстродействие переключения

Мощные полевые транзисторы (MOSFET) не применяются в

В системах управления электродвигателями особенностью нагрузки не является

наличие длительных многократных перегрузок по току

Преобразователи, в которых передача аккумулированной энергии в нагрузку выполняется на этапе выключения ключа (в паузе), называются

Самую большую мощность рассеивания до 10 МВт имеют

запираемые тиристоры (GTO, GST, IEGT)

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) не применяются в

Какие ключевые приборы используются в диапазоне рабочих частот от 50 до 100 Гц

Мощные МДП-транзисторы и высокочастотные биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT применяются в

источниках питания с частотой преобразования от 75 до 200 кГц и с выходной мощностью до единиц кВт

Какие ключевые приборы используются в диапазоне рабочих частот от 50 до 800 кГц

мощные полевые транзисторы (MOSFET)

Схема автономного инвертора напряжения со звеном постоянного тока (VWF-инвертор) не содержит

Преобразователи, в которых передача аккумулированной энергии в нагрузку выполняется на этапе включения ключа (в импульсе), называются

Ограничением применения биполярных транзисторов в синхронных выпрямителях является условие: максимально допустимое обратное напряжение эмиттерного перехода должно быть

больше 2-х кратного выходного напряжения выпрямителя

К основным критериям, используемым при выборе типа силового ключа, не относится

обеспечение высокого прямого падения напряжения в открытом состоянии

В силовых инверторах с GTO ключами и двигательной нагрузкой энергия, запасаемая в паразитных и ограничивающих анодных индуктивностях,

прямо пропорциональна квадрату величины анодного тока

прямо пропорциональна величине паразитной индуктивности

В мостовых схемах, построенных на быстрых МДП — транзисторах, могут возникнуть следующие отказы

открытие паразитного биполярного транзистора при выключении внутреннего обратного диода

открытие нижнего транзистора за счет заряда входной емкости выше порогового уровня

Мощность потерь обратного восстановления силового диода равна:

Выберите один ответ:

произведению энергии обратного восстановления и частоты коммутации

Особенностью силовых МОП -транзисторов является

Выберите один ответ:

высокое входное сопротивление и высокое быстродействие

Основные преимущества IGBT транзистора по сравнению с полевым транзистором

Выберите один ответ:

низкий ток коммутации

высокое входное сопротивление

высокие частотные характеристики

меньшее напряжение в открытом состоянии

Готовый тест с ответами «Силовая электроника». МФПУ «Синергия», МОИ

Описание:
1. Основными видами перегрузок по напряжению не являются
характер подключенной нагрузки
коммутационные процессы
воздействие питающей сети
короткое замыкание цепи нагрузки
2. Преобразователи, в которых передача аккумулированной энергии в нагрузку выполняется на этапе включения ключа (в импульсе), называются
обратноходовые
импульсно-ходовые
прямоходовые
интервально-ходовые
3. Преобразователи, в которых передача аккумулированной энергии в нагрузку выполняется на этапе выключения ключа (в паузе), называются
Обратноходовые
импульсно-ходовые
прямоходовые
интервально-ходовые
4. Силовой биполярный транзистор в точке отсечки находится в
открытом состоянии и характеризуется очень малым током
закрытом состоянии и характеризуется очень малым током
закрытом состоянии и характеризуется очень большим током
открытом состоянии и характеризуется очень большим током
5. Устройством силовой техники, преобразующим переменное напряжение одной частоты в переменное напряжение другой постоянной, является
преобразователь числа фаз
выпрямитель
трансформатор
преобразователь частоты
6. К основным статическим параметрам полевых транзисторов с изолированным затвором не относятся
энергия потерь при выключении
максимально допустимое напряжение затвор-исток
выходная емкость
максимально допустимый ток стока
7. К недостаткам МОП-транзисторов относится
малое значение входной емкости
большое значение входной емкости
повышенное сопротивление в проводящем состоянии
очень низкое сопротивление в проводящем состоянии
8. Для мостовых схем используют защитные RCD-цепи, в которых резисторы подключаются
соответственно к верхней и нижней монтажным шинам схемам
перекрестно к противоположным монтажным шинам
схемы последовательно с силовым ключом
параллельно силовому ключу
9. Для включения тиристора SCR необходимо
подать отрицательное напряжение между анодом и катодом
снизить анодный ток до минимальной величины
подать положительное напряжение между анодом и катодом
подать импульс управления на управляющий электрод
10. К основным статистическим параметрам силовых биполярных транзисторов относятся
время спада тока коллектора
максимально допустимый ток коллектора
ток обратного смещенного коллекторного перехода
время нарастания тока коллектора
11. Диоды общего назначения на основе p-n-перехода характеризуются
высокими значениями обратного напряжения и прямого тока
высокими значениями прямого напряжения и прямого тока
низкими значениями обратного напряжения и прямого тока
низкими значениями обратного напряжения и обратного тока
12. Время восстановления обратного сопротивления для диодов общего назначения достигает:
от 25 до 100 мкс
от 1 до 5 мкс
от 25 до 100 нс
от 1 до 5 нс
13. Основные преимущества IGBT по сравнению с полевыми транзисторами
высокое входное сопротивление
меньшее напряжение в открытом состоянии
высокие частотные характеристики
низкий ток коммутации
14. Перегрузки по напряжению от коммутационных процессов не связаны с эффектами
повреждение силового ключа
накопление зарядов в ключевых компонентах схемы
влияние паразитных элементов схемы и монтажа
рассасывание зарядов в ключевых компонентах схемы
15. Пульсность выпрямителя
обратно пропорциональна частоте пульсации
прямо пропорциональна частоте питающего напряжения
прямо пропорциональна частоте пульсации
обратно пропорциональна частоте питающего напряжения
16. Биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT сочетает особенности
полевого транзистора с горизонтальным каналом
униполярного транзистора
полевого транзистора с вертикальным каналом
биполярного транзистора
17. Быстродействие IGBT транзистора
выше быстродействия полевых транзисторов
ниже быстродействия полевых транзисторов
выше быстродействия биполярных транзисторов
ниже быстродействия биполярных транзисторов
18. В асинхронной одноканальной системе управления 3-х фазным выпрямителем частота задающего генератора (ЗГ)
в шесть раз превышает частоты питающей сети
в три раза меньше частоты питающей сети
равна частоте питающей сети
в три раза превышает частоту питающей сети
19. Нуль-орган не может быть выполнен на базе:
ключевых транзисторов, работающих под управлением синхроимпульсов
полупроводниковых диодов, работающих под управлением синхроимпульсов
трансформатора, который перемагничивается в момент перехода синхронизирующего напряжения через нуль
сравнивающего устройства в интегральном исполнении
20. В инверсном режиме работы силового биполярного транзистора p-n-p-типа переходы смещаются
коллектор-база — в обратном направлении
эмиттер-база — в прямом направлении
коллектор-база — в прямом направлении
эмиттер-база — в обратном направлении
21. Устройством силовой техники, преобразующим переменное напряжение в постоянное, является
преобразователь частоты
инвертор
выпрямитель
регулятор переменного значения
22. В МОП-транзисторе управляющее напряжение, регулирующее ширину проводящего канала, подается на
исток
подложку
затвор
сток
23. К основным преимуществам полевых транзисторов относятся:
высокий уровень собственных шумов
высокое входное сопротивление в схеме с общим истоком (ОИ)
отсутствие вторичного пробоя
низкая плотность размещения элементов при изготовлении интегральных схем
24. В силовых инверторах с GTO ключами и двигательной нагрузкой энергия, запасаемая в паразитных и ограничивающих анодных индуктивностях,
прямо пропорциональна величине паразитной индуктивности
прямо пропорциональна квадрату величины анодного тока
обратно пропорциональна величине паразитной индуктивности
обратно пропорциональна квадрату величины анодного тока
25. Принципы построения систем управления преобразовательными устройствами не зависят от
функционального назначения преобразовательных устройств
конструкции преобразовательного устройства
типа преобразовательных устройств
элементной базы электронных ключей
26. В силовых приборах на основе многослойных p-n-переходов с неполной управляемостью
включение осуществляется при спаде тока через прибор до нуля
выключение осуществляется сигналом управления
включение осуществляется сигналом управления
выключение – при спаде тока через прибор до нуля
27. К аппаратам низкого напряжения не относятся
аппараты управления и защиты
аппараты автоматического регулирования
шунтирующие реакторы
аппараты автоматики
28. В системе управления инвертором автономного типа с 2-х ступенчатой коммутацией частота на выходе задающего генератора (ЗГ)
в четыре раза меньшей выходной частоты инвертора
в два раза превышает выходную частоту инвертора
в четыре раза превышает выходную частоту инвертора
в два раза меньшей выходной частоты инвертора
29. В структуре биполярного транзистора крайний слой, принимающий заряды, называется
база
коллектор
подложка
эмиттер
30. При включении тиристора допустимая скорость нарастания анодного тока должна находиться в пределах
от 10 до 100 А/мкс
от 1 до 100 А/мкс
от 1 до 10 А/мкс
от 10 до 1000 А/мкс
31. В структурной схеме, реализующей вертикальный способ управления, содержится
фазосдвигающее устройство (ФСУ)
нуль-орган (НО)
генератор пилообразного напряжения (ГПН)
компаратор (К)
32. В схеме ФИУ комплементарные транзисторы используют в основном для
увеличения мощности, потребляемой ФИУ
повышения частотных характеристик ФИУ
снижения частотных характеристик ФИУ
снижения мощности, потребляемой ФИУ
33. Величина заряда обратного восстановления силового диода
прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала
прямо пропорциональна частоте коммутации
обратно пропорциональна мощности потерь обратного восстановления
прямо пропорциональна энергии обратного восстановления
34. Входной ток оптронов в импульсном режиме составляет
порядка 0,1 А
порядка 0,5 А
порядка 0,3 А
порядка 0,2 А
35. К аппаратам высокого напряжения, предназначенным для компенсации реактивной мощности, относятся
разъединители и отделители
ограничители перенапряжений
шунтирующие реакторы
разделительные трансформаторы
36. Входной ток оптронов в статическом режиме составляет
от 10 до 20 А
от 20 до 40 мА
от 10 до 20 мА
от 20 до 40 А
37. Для ограничения напряжения на затворе полевого транзистора параллельно выходному узлу драйвера включают
шунтирующий высокочастотный конденсатор небольшой емкости
быстродействующий диод
низкочастотный диод
шунтирующий низкочастотный конденсатор большой емкости
38. Для систем питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока эффективно используют
симисторы (триаки)
однооперационные тиристоры
МОП-транзисторы
биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)
39. Достоинства БСИТ по сравнению с СИТ
напряжение отсечки равно нулю
напряжение отсечки имеет отрицательное значение
при отсутствии напряжения на затворе БСИТ находится в закрытом состоянии
при отсутствии напряжения на затворе БСИТ находится в открытом состоянии
40. Если при работе запираемых тиристоров скорость нарастания тока di/dt превышает предельно установленный уровень, то
улучшаются частотные и динамические свойства прибора
снижается мощность потерь
ухудшаются частотные и динамические свойства прибора
возрастает мощность потерь
41. Идеальный диод переходит в замкнутое состояние, если
напряжение на аноде меньше, чем напряжение на катоде
напряжение на аноде равно напряжению на катоде
напряжение на аноде больше, чем напряжение на катоде
напряжения на аноде и катоде отсутствуют
42. Какие полевые транзисторы не входят в общую группу по принципу действия
транзисторы с изолированным затвором (ПТИЗ)
транзисторы с управляющим p-n-переходом (p-n-затвором) (ПТУП)
МОП — транзисторы (металл -окисел-полупроводник)
МДП — транзисторы (металл -диэлектрик-полупроводник
43. В силовых униполярных транзисторах регулирование тока производится с помощью
электрического поля, перпендикулярного направлению тока
электрического поля, параллельного направлению тока
тока, перпендикулярного направлению напряжения
тока, параллельного направлению напряжения
44. К недостаткам оптронной развязки в ФИУ не относится
низкий коэффициент передачи тока
температурная нестабильность параметров
большая задержка передачи сигналов
потенциальная развязки информационного сигнала
45. К новым типам комбинированных транзисторов относятся
транзисторы со статической индукцией
биполярные транзисторы с изолированным затвором
симистор
полевой тиристор МСТ
46. В мостовых схемах, построенных на быстрых МДП — транзисторах, могут возникнуть следующие отказы
открытие нижнего транзистора за счет заряда входной емкости выше порогового уровня
открытие паразитного биполярного транзистора при выключении внутреннего обратного диода
закрытие нижнего транзистора за счет заряда входной емкости выше порогового уровня
закрытие паразитного биполярного транзистора при выключении внутреннего обратного диода
47. К основным достоинствам однотактных схем импульсных преобразователей относятся
симметричный режим работы трансформатора
малое количество силовых ключей
простота реализации схем управления
интеллектуальная система управления
48. Каких силовых МОП-транзисторов с изолированным затвором не существует
с проводным каналом
со встроенным каналом
с индуцированным каналом
с проецированным каналом
49. Допустимый ток тиристора в относительных единицах с ростом частоты
вначале уменьшается, а потом увеличивается до 1
не изменяется
увеличивается до 1 и потом остается неизменным
вначале увеличивается до 1, а потом уменьшается
50. В режиме отсечки биполярный транзистор можно заменить
замкнутым ключом
источником тока коллектора, управляемого током базы
источником тока эмиттера, управляемого током базы
разомкнутым ключом
51. К основным проблемам прямого управления силовым полевым транзистором в импульсных источниках питания относятся
высокий уровень выходного тока драйвера
низкая рассеиваемая мощность в драйвере
ограниченный выходной ток драйвера
оптимизация разводки печатной платы
52. К основным статическим параметрам полевых транзисторов с изолированным затвором относятся:
входная емкость
энергия потерь при включении
максимально допустимый ток стока
крутизна передаточной характеристики
53. К предельно допустимым параметрам силового диода относится
импульсное обратное напряжение
напряжение пробоя
время нарастания прямого тока
динамическое сопротивление
54. К проблемам использования трансформаторных ФИУ для управления силовыми ключами с изолированным затвором не относятся
зависимость амплитуды импульса управления от скважности
независимость стабильности времени выключения от длительности прямого сигнала
зависимость стабильности времени выключения от длительности прямого сигнала
независимость амплитуды импульса управления от скважности
55. К функциям системы управления силовым электронным устройством относятся
преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение
преобразование постоянного напряжения в переменное напряжение
формирование сигналов управления силовой частью
осуществление оперативного обмена с внешней средой
56. Какая из схем включения полевого транзистора позволяет получить значительные коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности одновременно
с общей базой (ОБ)
с общим истоком (ОИ)
с общей подложкой (ОП)
с общим стоком (ОС)
57. Какие из нижеперечисленных систем не относятся к дискретным системам
импульсные
цифровые
непрерывные
релейные
58.Основными недостатками ФИУ, построенных на базе частотно-широтно-импульсной модуляции, являются
низкая частота коммутации
зависимость частоты коммутации от входного напряжения
зависимость частоты коммутации от тока нагрузки
низкие динамические характеристики
59. Какое импульсное обратное напряжение имеет силовой диод 6-го класса
6 В
600 В
60 В
6000 В
60. Конструктивно симистор представляет собой
объединение двух встречновключенных тиристоров
объединение трех встречновключенных тиристоров
объединение двух прямовключенных тиристоров
объединение трех прямовключенных транзисторов
61. Коэффициент насыщения биполярного транзистора прямо пропорционален
току коллектора в граничном режиме
току базы в граничном режиме
току базы в насыщенном режиме
току коллектора в насыщенном режиме
62. Коэффициент передачи тока в транзисторе Дарлингтона равен
сумме коэффициентов передачи тока двух составных транзисторов
произведению коэффициентов передачи тока двух составных транзисторов
разности коэффициентов передачи тока двух составных транзисторов
отношению коэффициентов передачи тока двух составных транзисторов
63. Многоканальная система управления 3-х фазным выпрямителем содержит
один генератор пилообразного напряжения
один синхронизатор
три синхронизатора
три генератора пилообразного напряжения
64. По результатам анализа основных параметров транзисторных ключей самое высокое обратное напряжение выдерживает
биполярный транзистор с изолированным затвором
полевой транзистор с изолированным затвором
асинхронный тиристор
биполярный транзистор
65. Мощность потерь обратного восстановления силового диода равна
произведению величины заряда обратного восстановления и частоты коммутации
произведению величины заряда обратного восстановления и амплитуды входного сигнала
произведению энергии обратного восстановления и частоты коммутации
произведению амплитуды входного сигнала и частоты коммутации
66. Мощные МДП-транзисторы и высокочастотные биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT применяются в
источниках питания с частотой преобразования от 250 до 500 кГц и с выходной мощностью до единиц кВт
источниках питания с частотой преобразования от 75 до 200 кГц и с выходной мощностью до единиц кВт
источниках питания с частотой преобразования от 250 до 500 кГц и с выходной мощностью до десятков кВт
источниках питания с частотой преобразования от 75 до 200 кГц и с выходной мощностью до десятков кВт
67. Наиболее важными методами защиты от токовой перегрузки не являются
подключение внешних дополнительных защитных устройств
повышение уровня помехозащищенности системы управления и ключа
определение момента перегрузки и подключение системы защиты
уменьшение влияния паразитных элементов монтажа
68. При расчете защитных цепей тиристорных ключей по сравнению с транзисторными ключами не учитывают следующие особенности
наличие более низких амплитудных значений переключающих токов и высоких значений рассеиваемой мощности
наличие более высоких амплитудных значений переключающих токов
изменение формы коммутируемых токов и напряжений
наличие более высоких значений рассеиваемой мощности
69. Полевой транзистор в линейном режиме используется как
источник тока, управляемый напряжением на затворе
сопротивление, управляемое напряжением на затворе
источник тока, управляемый током на затворе
сопротивление, управляемое током на затворе
70. Какие силовые приборы не относятся к основным группам «разумных» преобразовательных приборов
силовые ключи с встроенными системами защиты
силовые ключи с интегрированными функциями защиты и управления
силовые ключи с внешними системами защиты и управления
силовые интеллектуальные модули
71. Не существует вида модуляции со следующими временными параметрами
период импульса TO= const, длительность импульса tИ = const
период импульса TO= var, длительность импульса tИ = var
период импульса TO= const, длительность импульса tИ = var
период импульса TO= var, длительность импульса tИ = const
72. Эквивалентная крутизна передаточной характеристики БТИЗ
прямо пропорциональна напряжению на затворе
прямо пропорциональна току коллектора
обратно пропорциональна напряжению на затворе
обратно пропорциональна току коллектора
73. Ограничением применения биполярных транзисторов в синхронных выпрямителях является условие: максимально допустимое обратное напряжение эмиттерного перехода должно быть
равно 2-х кратному выходному напряжению выпрямителя
больше 2-х кратного выходного напряжения выпрямителя
меньше 2-х кратного выходного напряжения выпрямителя
равно выходному напряжению выпрямителя
74. Оптотиристор – это
тиристор со встроенным в него светоизлучателем
фототиристор со встроенным в него светоприемником
тиристор со встроенным в него светоприемником
фототиристор со встроенным в него светоизлучателем
75. Фототиристор – это фотоэлектронный прибор
имеющий трехслойную структуру
управляемый электрическими импульсами
имеющий четырехслойную структуру
управляемый световыми импульсами
76. Особенностью МОП-транзисторов является
низкое входное сопротивление и высокое быстродействие
низкое входное сопротивление и низкое быстродействие
высокое входное сопротивление и высокое быстродействие
высокое выходное сопротивление и низкое быстродействие
77. Отсутствие неосновных носителей в диоде Шоттки не обеспечивает
предельное обратное напряжение более 100 В
низкую инерционность прибора
время обратного восстановления не более 0,3 мкс
падение прямого напряжения от 0,3 до 0,6 В
78. В системах управления электродвигателями особенностью нагрузки не является
наличие длительных многократных перегрузок по току
индуктивный характер нагрузки
наличие противонаправленной ЭДС вращения
наличие кратковременных многократных перегрузок по току
79. Силовой униполярный транзистор – это полупроводниковый
не полностью управляемый прибор
полностью управляемый током прибор
неуправляемый прибор
полностью управляемый электрическим полем прибор
80. Статический индукционный транзистор по сравнению с полевым транзистором с изолированным затвором имеет
более низкое быстродействие
более высокое сопротивление канала в проводящем состоянии
более высокое быстродействие
более низкое сопротивление канала в проводящем состоянии
81. Какие ключевые приборы используются в диапазоне рабочих частот от 50 до 100 Гц
биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)
тиристоры (SCR)
биполярные и МОП-транзисторы
симисторы (триаки)
82. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) не применяются в
сварочных аппаратах
робототехнике
печах СВЧ
линиях электропередач
83. Управляющий параметр N, влияющий на изменение траектории движения рабочей точки транзистора, не зависит от
фронта нарастания силового тока
величины дополнительной индуктивности
типа транзистора
величины защитной емкости
84. Статический индукционный транзистор СИТ может работать при
обратном смещении затвора (режим биполярного транзистора)
прямом смещении затвора (режим полевого транзистора)
прямом смещении затвора (режим биполярного транзистора)
обратном смещении затвора (режим полевого транзистора)
85. Структура IGBT транзистора отличается от структуры DМОП-транзистора
дополнительным слоем полупроводника n-типа
дополнительным слоем полупроводника p-типа
дополнительным слоем полупроводника p-n-типа
дополнительным слоем полупроводника n-p-типа
86. Преобразователи частоты непосредственного типа содержат в каждой фазе вентильные группы, работающие
только в выпрямительном режиме
только в инверторном режиме
в инверторном режиме
в выпрямительном режиме
87. Схема замещения реального силового диода при низкой частоте не содержит
идеальный диод
катушку индуктивности
электрическую батарею
резистор с динамическим сопротивлением
88. Для снижения влияния помех на информационные каналы сигналов силовых ключей выполняют
повышают уровень индуктивной связи между проводниками
гальваническую развязку между основными токоведущими шинами схемы и драйверами ключей
уменьшают индуктивную связь между проводниками
повышают уровень емкостной связи между цепями
89. Сходство характеристик БТИЗ и ПТИЗ в области безопасной работы
наличие участка вторичного пробоя
высокая температурная устойчивость
низкая температурная устойчивость
отсутствие участка вторичного пробоя
90. Фазосдвигающие устройства (ФСУ) не строятся на базе
управляемых транзисторных генераторов
импульсных трансформаторов
R-L-Сцепей
интегральных микросхем
91. Форсированный вывод биполярного транзистора электронного ключа из режима насыщения осуществляется
путем размыкания его базовой цепи
путем размыкания его эмиттерной цепи
путем размыкания его коллекторной цепи
путем размыкания его затворной цепи
92. Электрический пробой силового диода возникает, когда
обратное напряжение уменьшается по отношению к установленному порогу
обратное напряжение увеличивается сверх установленного порога
обратное напряжение отсутствует
обратное напряжение равно значению установленного порога
93. Электронный аппарат – это электротехническое устройство управления потоками
энергии
информации
тока
напряжения
94. IGBT транзистор не находит применение в области
высоких напряжений
высоких частот
высоких мощностей
высоких токов коммутации
95. Мощные полевые транзисторы (MOSFET) не применяются в
автоэлектронике
сварочных аппаратах
аудиотехнике
видеотехнике
96. Для выключения определенных типов GTO в режиме перегрузки по току не используют
магнитные выключатели
плавкие предохранители общего назначения
быстродействующие плавкие предохранители
биметаллические выключатели
97. SIT транзисторы производятся с каналами
только p-типа
только n-типа
n-типа
p-типа
98. Транзисторы Дарлингтона используют для
увеличения коэффициента передачи тока в силовых высоковольтных транзисторах
уменьшения коэффициента передачи тока в силовых высоковольтных транзисторах
уменьшения коэффициента передачи тока в силовых низковольтных транзисторах
увеличения коэффициента передачи тока в силовых низковольтных транзисторах
99. К параметрам силовой цепи тиристора по току не относится
максимально допустимый средний прямой ток (предельный ток)
энергия, которая может выделиться в тиристоре без его разрушения
напряжение лавинного пробоя
ударный ток
100. При подаче прямого напряжения смещения сопротивление идеального диода
больше нуля
меньше нуля
стремится к бесконечности
равно нулю
101. К параметрам силовой цепи тиристора по напряжению относятся
максимально допустимый средний прямой ток (предельный ток)
ударный ток
напряжение лавинного пробоя
напряжение переключения тиристора
102. К динамическим характеристикам тиристоров в переходном процессе выключения относятся
время нарастания
время запаздывания обратного напряжения
время выключения
время установления
103. В системы управления трехфазно-однофазного преобразователем частоты с непосредственной связью содержатся
две системы управления выпрямительным режимом (СУВР)
две системы управления инверторным режимом (СУИР)
три системы управления выпрямительным режимом (СУВР)
три системы управления инверторным режимом (СУИР)

Комментарии: В приобретаемом файле содержатся ответы на задания теста, который был успешно сдан в 2023 году. 103 вопроса. Ответы выделены цветным маркером в тексте. Чтобы файл корректно читался, его следует смотреть на стандартном ПК.

Размер файла: 0 байт
Фаил: (.)

Скачано: 2 Коментариев: 1

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.

Спеши, предложение ограничено !

не советую брать на 14 вопросов тока был ответ
Пользователь скачал фаил 31 Октября 2023
Что бы написать комментарий, вам надо войти в аккаунт, либо зарегистрироваться.
Вход в аккаунт:

Cодержание / Электроника / Готовый тест с ответами «Силовая электроника». МФПУ «Синергия», МОИ

К функциям системы управления силовым электронным устройством относятся

• Вы здесь:
• Главная
• Часть VIII. Аварии и управление безопасностью
• Приложения безопасности
• Приложения, связанные с безопасностью

Понедельник, Апрель 04 2011 18: 46

Электрические, электронные и программируемые электронные системы управления, связанные с безопасностью

• размер шрифта уменьшить размер шрифтаУвеличить размер шрифта
• Печать / PDF
• Эл. адрес

Оценить этот пункт

В этой статье обсуждается проектирование и внедрение систем управления, связанных с безопасностью, которые имеют дело со всеми типами электрических, электронных и программно-электронных систем (включая компьютерные системы). Общий подход соответствует предложенному Международной электротехнической комиссией (МЭК) стандарту 1508 (Функциональная безопасность: связанная с безопасностью

проверка данных

В 1980-х годах компьютерные системы, обычно называемые программируемыми электронными системами (ПЭС), все чаще использовались для выполнения функций безопасности. Основными движущими силами этой тенденции были (1) улучшенная функциональность и экономические преимущества (особенно с учетом общего жизненного цикла устройства или системы) и (2) особое преимущество определенных конструкций, которое можно было реализовать только при использовании компьютерных технологий. . Во время раннего внедрения компьютерных систем был сделан ряд выводов:

• Внедрение компьютерного управления было плохо продумано и спланировано.
• Установлены неадекватные требования безопасности.
• Были разработаны неадекватные процедуры валидации программного обеспечения.
• Доказательства некачественной работы были раскрыты в отношении стандарта установки установки.
• Была составлена ​​неадекватная документация, которая не была должным образом проверена в отношении того, что на самом деле было на заводе (в отличие от того, что, как предполагалось, было на заводе).
• Были установлены менее чем полностью эффективные процедуры эксплуатации и технического обслуживания.
• Очевидно, имело место обоснованное беспокойство по поводу компетентности лиц для выполнения возложенных на них обязанностей.

Чтобы решить эти проблемы, несколько органов опубликовали или начали разрабатывать руководства, обеспечивающие безопасное использование технологии PES. В Соединенном Королевстве Управление по охране труда и технике безопасности (HSE) разработало руководство для программируемых электронных систем, используемых для приложений, связанных с безопасностью, а в Германии был опубликован проект стандарта (DIN 1990). В Европейском сообществе в связи с требованиями Директивы по машинному оборудованию был начат важный элемент работы над гармонизированными европейскими стандартами, касающимися систем управления, связанных с безопасностью (включая те, которые используют ПЭС). В Соединенных Штатах Американское общество приборостроения (ISA) разработало стандарт на PES для использования в обрабатывающей промышленности, а Центр безопасности химических процессов (CCPS), управление Американского института инженеров-химиков, разработал руководящие принципы. для сектора химических процессов.

В настоящее время в МЭК реализуется крупная инициатива по стандартизации для разработки общего международного стандарта для электрических, электронных и программируемых электронных (E/E/PES) систем, связанных с безопасностью, который можно было бы использовать во многих областях применения, включая процессы, медицинской, транспортной и машиностроительной отраслях. Предлагаемый международный стандарт МЭК состоит из семи частей под общим названием IEC 1508. Функциональная безопасность электрических/электронных/программируемых электронных систем, связанных с безопасностью.. Различные части следующие:

• Часть 1. Общие требования
• Часть 2. Требования к электрическим, электронным и программируемым электронным системам
• Часть 3. Требования к программному обеспечению
• Часть 4. Определения
• Часть 5. Примеры методов определения уровней полноты безопасности
• Часть 6. Рекомендации по применению Частей 2 и 3
• Часть 7. Обзор методов и мер.

После окончательной доработки этот общий международный стандарт станет базовой публикацией МЭК по безопасности, охватывающей функциональную безопасность электрических, электронных и программируемых электронных систем, связанных с безопасностью, и будет иметь значение для всех стандартов МЭК, охватывающих все области применения в отношении будущего проектирования и использования электрические/электронные/программируемые электронные системы безопасности. Основная цель предлагаемого стандарта — облегчить разработку стандартов для различных секторов (см. рис. 1).

Рисунок 1. Стандарты общего и прикладного секторов

Преимущества и проблемы PES

Принятие ПВУ для целей безопасности имело много потенциальных преимуществ, но было признано, что они могут быть достигнуты только при использовании соответствующих методологий проектирования и оценки, поскольку: (1) многие характеристики ПВУ не обеспечивают полноту безопасности (что то есть характеристики безопасности систем, выполняющих требуемые функции безопасности), должны быть предсказаны с той же степенью достоверности, которая традиционно была доступна для менее сложных аппаратных («жестких») систем; (2) было признано, что хотя тестирование и необходимо для сложных систем, его самого по себе недостаточно. Это означало, что даже если PES реализовывала относительно простые функции безопасности, уровень сложности программируемой электроники был значительно выше, чем у проводных систем, которые они заменяли; и (3) этот рост сложности означал, что методологии проектирования и оценки должны были уделять гораздо больше внимания, чем раньше, и что уровень личной компетентности, необходимый для достижения адекватных уровней производительности систем, связанных с безопасностью, впоследствии был выше.

Преимущества компьютеризированных ПЭС включают следующее:

• возможность выполнять оперативную диагностическую проверку критических компонентов со значительно большей частотой, чем в противном случае
• потенциал для обеспечения сложных блокировок безопасности
• возможность предоставления диагностических функций и мониторинга состояния, которые можно использовать для анализа и составления отчетов о производительности установок и оборудования в режиме реального времени.
• возможность сравнения реальных условий установки с «идеальными» модельными условиями
• возможность предоставлять более качественную информацию операторам и, следовательно, улучшать процесс принятия решений, влияющих на безопасность
• использование передовых стратегий управления, позволяющих оператору быть удаленным от опасных или враждебных сред
• возможность диагностировать систему управления из удаленного места.

Использование компьютерных систем в приложениях, связанных с безопасностью, создает ряд проблем, требующих адекватного решения, таких как следующие:

• Виды отказов сложны и не всегда предсказуемы.
• Тестирование компьютера необходимо, но само по себе недостаточно, чтобы установить, что функции безопасности будут выполняться со степенью уверенности, необходимой для применения.
• Микропроцессоры могут иметь незначительные различия между разными партиями, поэтому разные партии могут вести себя по-разному.
• Незащищенные компьютерные системы особенно чувствительны к электрическим помехам (излучение помех, электрические «всплески» в сети, электростатические разряды и т. д.).
• Трудно, а часто и невозможно количественно определить вероятность отказа сложных систем, связанных с безопасностью, включающих в себя программное обеспечение. Поскольку ни один из методов количественной оценки не получил широкого признания, обеспечение качества программного обеспечения основывалось на процедурах и стандартах, описывающих методы, используемые при проектировании, внедрении и обслуживании программного обеспечения.

Рассматриваемые системы безопасности

Рассматриваемые типы систем, связанных с безопасностью, представляют собой электрические, электронные и программируемые электронные системы (E/E/PES). Система включает в себя все элементы, в частности сигналы, исходящие от датчиков или других устройств ввода на управляемом оборудовании и передаваемые по магистралям данных или другим каналам связи на исполнительные механизмы или другие устройства вывода (см. рис. 2).

Рисунок 2. Электрическая, электронная и программируемая электронная система (E/E/PES)

Термин электрические, электронные и программируемые электронные устройства использовался для охвата широкого спектра устройств и охватывает следующие три основных класса:

1. электрические устройства, такие как электромеханические реле
2. электронные устройства, такие как твердотельные электронные приборы и логические системы
3. программируемые электронные устройства, которые включают в себя широкий спектр компьютерных систем, таких как следующие:

• микропроцессоры
• микроконтроллеры
• программируемые контроллеры (ПК)
• специализированные интегральные схемы (ASIC)
• программируемые логические контроллеры (ПЛК)
• другие компьютерные устройства (например, «интеллектуальные» датчики, преобразователи и приводы).

По определению система, связанная с безопасностью, служит двум целям:

1. Он реализует требуемые функции безопасности, необходимые для достижения безопасного состояния управляемого оборудования или поддерживает безопасное состояние управляемого оборудования. Система, связанная с безопасностью, должна выполнять те функции безопасности, которые указаны в спецификации требований к функциям безопасности для системы. Например, в спецификации требований к функциям безопасности может быть указано, что при достижении температуры определенного значения x, клапан y должен открываться, чтобы вода могла попасть в сосуд.
2. Он сам по себе или вместе с другими системами, связанными с безопасностью, обеспечивает необходимый уровень полноты безопасности для реализации требуемых функций безопасности. Функции безопасности должны выполняться системами, связанными с безопасностью, со степенью уверенности, соответствующей применению, чтобы достичь требуемого уровня безопасности для управляемого оборудования.

Эта концепция проиллюстрирована на рисунке 3.

Рисунок 3. Основные характеристики систем, связанных с безопасностью

Системные сбои

Чтобы обеспечить безопасную работу E/E/PES систем, связанных с безопасностью, необходимо распознавать различные возможные причины отказов систем, связанных с безопасностью, и обеспечивать принятие адекватных мер предосторожности против каждой из них. Отказы подразделяются на две категории, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Категории отказов

1. Случайные аппаратные сбои — это сбои, возникающие в результате множества обычных механизмов деградации аппаратных средств. Существует много таких механизмов, возникающих с разной скоростью в разных компонентах, и, поскольку производственные допуски приводят к отказу компонентов из-за этих механизмов через разное время работы, отказы всей единицы оборудования, состоящего из многих компонентов, происходят в непредсказуемое (случайное) время. Показатели надежности системы, такие как среднее время наработки на отказ (MTBF), ценны, но обычно касаются только случайных отказов оборудования и не включают систематических отказов.
2. Систематические отказы возникают из-за ошибок в проектировании, конструировании или использовании системы, которые приводят к ее отказу при определенной комбинации входных данных или при определенных условиях окружающей среды. Если сбой системы происходит при возникновении определенного набора обстоятельств, то всякий раз, когда эти обстоятельства возникают в будущем, всегда будет сбой системы. Любой отказ системы, связанной с безопасностью, который не является результатом случайного отказа аппаратных средств, по определению является систематическим отказом. Систематические отказы в контексте E/E/PES систем, связанных с безопасностью, включают:

• систематические отказы из-за ошибок или упущений в спецификации требований к функциям безопасности
• систематические отказы из-за ошибок при проектировании, производстве, установке или эксплуатации оборудования. К ним относятся отказы, возникающие по причинам, связанным с окружающей средой, и человеческими (например, операторскими) ошибками.
• систематические сбои из-за сбоев в программном обеспечении
• систематические отказы из-за ошибок обслуживания и модификации.

Защита систем безопасности

Термины, которые используются для обозначения мер предосторожности, требуемых системой, связанной с безопасностью, для защиты от случайных отказов оборудования и систематических отказов: аппаратные средства обеспечения безопасности и систематические меры обеспечения полноты безопасности соответственно. Меры предосторожности, которые система, связанная с безопасностью, может применять как против случайных отказов аппаратных средств, так и против систематических отказов, называются полнота безопасности. Эти концепции проиллюстрированы на рисунке 5.

Рисунок 5. Условия обеспечения безопасности

В предлагаемом международном стандарте IEC 1508 существует четыре уровня полноты безопасности, обозначенные как уровни полноты безопасности 1, 2, 3 и 4. Уровень полноты безопасности 1 — это самый низкий уровень полноты безопасности, а уровень полноты безопасности 4 — самый высокий. Уровень полноты безопасности (будь то 1, 2, 3 или 4) для системы, связанной с безопасностью, будет зависеть от важности роли, которую система, связанная с безопасностью, играет в достижении требуемого уровня безопасности для управляемого оборудования. Могут потребоваться несколько систем, связанных с безопасностью, некоторые из которых могут быть основаны на пневматической или гидравлической технологии.

Проектирование систем безопасности

Недавний анализ 34 инцидентов, связанных с системами управления (HSE), показал, что 60% всех случаев отказов были «встроены» до того, как система управления, связанная с безопасностью, была введена в действие (рис. 7). Рассмотрение всех фаз жизненного цикла безопасности необходимо, если необходимо производить адекватные системы, связанные с безопасностью.

Рисунок 7. Основная причина (по фазам) отказа системы управления

Функциональная безопасность систем, связанных с безопасностью, зависит не только от обеспечения надлежащего определения технических требований, но и от обеспечения эффективного выполнения технических требований и сохранения исходной проектной целостности в течение всего срока службы оборудования. Это может быть реализовано только в том случае, если существует эффективная система управления безопасностью, а люди, участвующие в любой деятельности, компетентны в отношении своих обязанностей. В частности, когда речь идет о сложных системах, связанных с безопасностью, важно наличие адекватной системы управления безопасностью. Это приводит к стратегии, которая обеспечивает следующее:

• Действует эффективная система управления безопасностью.
• Технические требования, установленные для E/E/PES систем, связанных с безопасностью, достаточны для работы как со случайными аппаратными средствами, так и с причинами систематических отказов.
• Компетенция вовлеченных людей соответствует обязанностям, которые они должны выполнять.

Для систематического удовлетворения всех соответствующих технических требований функциональной безопасности была разработана концепция жизненного цикла безопасности. Упрощенная версия жизненного цикла безопасности в новом международном стандарте IEC 1508 показана на рисунке 8. Ключевые этапы жизненного цикла безопасности:

Рисунок 8. Роль жизненного цикла безопасности в достижении функциональной безопасности

• Спецификация
• дизайн и реализация
• монтаж и наладка
• эксплуатация и обслуживание
• меняется после ввода в эксплуатацию.

Уровень безопасности

Стратегия проектирования для достижения адекватных уровней полноты безопасности для систем, важных для безопасности, показана на рисунках 9 и 10. Уровень полноты безопасности основан на той роли, которую играет система, связанная с безопасностью, в достижении общего уровня. безопасности для управляемого оборудования. Уровень полноты безопасности определяет меры предосторожности, которые необходимо учитывать при проектировании как против случайных отказов оборудования, так и против систематических отказов.

Рисунок 9. Роль уровней полноты безопасности в процессе проектирования

Рисунок 10. Роль жизненного цикла безопасности в процессе спецификации и проектирования

Понятие безопасности и уровня безопасности относится к управляемому оборудованию. Концепция функциональной безопасности применяется к системам, связанным с безопасностью. Функциональная безопасность для систем, связанных с безопасностью, должна быть обеспечена, если необходимо обеспечить адекватный уровень безопасности для оборудования, создающего опасность. Заданный уровень безопасности для конкретной ситуации является ключевым фактором в спецификации требований полноты безопасности для систем, связанных с безопасностью.

Требуемый уровень безопасности будет зависеть от многих факторов, например от тяжести травм, количества людей, подвергающихся опасности, частоты, с которой люди подвергаются опасности, и продолжительности воздействия. Важными факторами будут восприятие и взгляды тех, кто подвергается опасному событию. При определении того, что представляет собой надлежащий уровень безопасности для конкретного применения, учитывается ряд исходных данных, в том числе следующие:

• юридические требования, относящиеся к конкретному применению
• рекомендации соответствующего органа по регулированию безопасности
• обсуждения и соглашения с различными сторонами, участвующими в применении
• отраслевые стандарты
• национальные и международные стандарты
• лучший независимый отраслевой, экспертный и научный совет.

Обзор

При проектировании и использовании систем, связанных с безопасностью, необходимо помнить, что именно управляемое оборудование создает потенциальную опасность. Системы, связанные с безопасностью, предназначены для снижения частоты (или вероятности) опасного события и/или последствий опасного события. После того как уровень безопасности установлен для оборудования, можно определить уровень полноты безопасности для системы, связанной с безопасностью, и именно уровень полноты безопасности позволяет разработчику указать меры предосторожности, которые необходимо предусмотреть в проекте, чтобы быть развернуты как против случайных аппаратных, так и против систематических отказов.