Как увеличить напряжение в сети дома своими руками: Статьи об ИБП (UPS), стабилизаторах напряжения, электротехническом оборудовании производства БАСТИОН

Содержание

Как повысить ток в сети 220 вольт



Как поднять напряжение в сети до 220 в частном доме

Морозной зимой сельским жителям много хлопот доставляет обогрев своих жилищ. Тем же, кто отказался от печного отопления, проблему, как будто специально, создает заниженный уровень поступающей электроэнергии.

Да и в многоэтажных зданиях многочисленных городских поселков жители страдают от плохого электричества. Вот люди и задаются вопросом: Как повысить напряжение в сети до 220 в частном доме с наименьшими затратами и почему энергоснабжающие организации не качественно выполняют свои обязанности?

Предлагаю рассмотреть его объективно с точки зрения потребителя и поставщика. Решение проблем лучше искать совместными усилиями на основе компромисса.

  • Электрические районные сети: где искать потери напряжения
    • Виды трансформаторных подстанций10/0,4 кВ: простая оценка по внешнему виду
    • Устройство воздушных линий электропередач: влияние конструкции на качество электроснабжения
    • Распределение нагрузки по фазам: как просто определить дисбаланс
  • Электропроводка в частном доме: скрытые ошибки монтажа, создающие проблемы
  • Общие организационные вопросы: что обсуждать с поставщиком электроэнергии
  • Как повысить напряжение в сети: 2 подхода
    • Как повысить напряжение: бюджетные варианты от бывалого
    • Стабилизатор напряжения для частного дома: на какие характеристики обращать внимание

Электрические районные сети: где искать потери напряжения

Рекомендую обратить внимание на три вопроса:

  1. Работу трансформаторной подстанции.
  2. Состояние линии электропередач.
  3. Равномерность распределения нагрузки по фазам.

Виды трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ: простая оценка по внешнему виду

Электроэнергия от промышленных генераторов к нам в жилой дом поступает по линиям электропередач через трансформаторные подстанции. На них напряжение с 10 или 6 киловольт снижается до 0,4.

Конструкция ТП должна пройти реконструкцию с заменой изношенного оборудования, отвечать современным требованиям надежности и безопасности.

В этом случае вам просто уже повезло. Если воздушная ЛЭП 380 вольт идет от подобной модульной подстанции, то она обладает резервом мощности.

Однако довольно часто еще можно встретить старые конструкции ТП, введенные в работу в советское время.

Нельзя сказать, что они выработали свой ресурс и не пригодны к работе. Просто надо понять, что сейчас сильно изменились условия их эксплуатации. Они уже не справляются нормально с современными, сильно возросшими нагрузками.

Их резерв мощности был рассчитан на энергоснабжение групп потребителей в частных домах, подключенных к бытовой проводке, собранной алюминиевыми жилами 2,5 мм кв. Сила тока тогда практически никогда не превышала 16 ампер, что соответствовало примерно 3 киловаттам.

С тех пор многое изменилось. Даже простой электрочайник потребляет 2 кВт. А ведь еще есть различные отопители и нагреватели, стиральные машины, микроволновки, бытовой инструмент. У многих мастеров работают насосы, станки, сварка.

Все эти потребители вместе сильно нагружают старые трансформаторные подстанции: их мощности не хватает на обеспечение полноценного питания подключенных нагрузок.

Воздушная линия электропередач: влияние конструкции на качество электроснабжения

Закон Ома определяет, что падение напряжения на участке воздушной линии электропередач от трансформаторной подстанции до конечного потребителя зависит от силы тока и величины сопротивления проводов.

На последний параметр влияют протяженность токопроводящей магистрали и конструкция проводников:

  • тип металлических жил;
  • общее поперечное сечение провода;
  • качество контактных соединений в местах стыковок — переходное сопротивление.

Чем длиннее магистраль от трансформаторной подстанции до последнего потребителя, тем больше проблем возникает у энергоснабжающей организации, да и жителей дальних домов.

Существующие нормативы ПУЭ определяют, что уровень напряжения в однофазной сети должен укладываться в предел 207÷253 вольта. Для обеспечения этого условия на ТП предусмотрена возможность его оперативного регулирования.

Обычно им пользуются для переключения режимов работы при смене сезонов: зимний период связан с большим энергопотреблением. Он требует завышать выходной уровень сети 0,4 на трансформаторной подстанции.

Длинные воздушные линии и возросшее количество мощных потребителей приводят к тому, что у владельцев домов, запитанных около ТП, напряжение находится на максимуме предела регулирования и поднимать его уже нельзя, а на самых удаленных потребителях падает ниже допустимого уровня вплоть до 180 вольт, а то и ниже.

В этой ситуации поставщик энергии быстро решить вопрос не сможет. Ему необходимо:

  • полностью менять оборудование трансформаторной подстанции;
  • или строить новые линии электроснабжения;
  • либо решать одновременно все задачи.

Нам следует понимать, что они энергозатратны, не дешевы, требуют приложения больших усилий и материальных средств.

Как устроена старая ВЛ

За основу передачи энергии раньше массово использовали алюминиевые провода со стальным сердечником. Их так и называли: АС. Кстати, производство алюминиево-стальных проводов различных типов существует до сих пор.

В сельской местности применяется провод АС с сечением 16 мм квадратных, как наиболее бюджетный вариант. Его небольшой диаметр при значительной длине и наличии стальной жилы создает довольно высокое электрическое сопротивление.

Ухудшает его еще способ соединения раскатки провода на составляющие проволоки и скрутку их в единый узел. Хорошо, если он выполняется с обжатием в гильзе. А ведь его могут сделать и на скорую руку.

Косвенным признаком вины алюминиевых проводов является характерное снижение напряжения вечером и нормальная величина ночью, когда большая часть нагрузки снята.

Модернизация ВЛ кабелем СИП

Современная конструкция воздушного кабеля сделана для обеспечения минимальных потерь напряжения. У них используется улучшенная технология сборки и повышенная проводимость токопроводящих жил. Каждая из фаз покрыта слоем светостойкой ПВХ изоляции, что разрешает скручивать их единой магистралью.

Кабель СИП монтируется по специальной технологии, обеспечивающей минимальные потери напряжения при транспортировке по нему электрической энергии.

Распределение нагрузки по фазам: как просто определить дисбаланс

Идеальное трехфазное напряжение создается генераторами на холостом ходу.

Его схему и диаграмму удобно представлять векторной формой в виде равностороннего треугольника. Между вершинами A, B и C создается линейное напряжение 380, а относительно нуля и вершин — фазное.

Это напряжение 220 поступает к нам в жилой дом и ко всем потребителям. К нему каждый владелец по своему усмотрению подключает нагрузку. Процесс этот носит чисто случайный характер на всем протяжении питающей ЛЭП.

Если какая-то фаза станет перегруженной (течет больший ток), то на ней может произойти посадка напряжения. Точка рабочего нуля в треугольнике смещается из центра, меняются разности двух других фазных потенциалов.

На этот процесс снабжающая организация реагировать практически не может. Она влияет на него на стадии проекта и очень редко переключает потребителей при эксплуатации.

Электрические замеры под напряжением на ВЛ около дома способны дать объективную оценку качества напряжения. Но делать их могут только подготовленные бригады электриков с соблюдением ряда организационных и технических мероприятий.

Причина низкого напряжения довольно часто может быть создана по вине владельца здания.

Электропроводка в частном доме: скрытые ошибки монтажа, создающие проблемы

Внимание: зона ответственности снабжающей организации заканчивается на ответвительной опоре! Схема подключения к ней, кабель ввода в дом и весь внутренний монтаж лежат на совести частного владельца.

Поэтому вначале надо обращать внимание на состояние качества уличной проводки, а затем — внутридомовой.

Контакты на улице

Ввод в здание и подключение к счетчику делают бригады электриков от поставщика и энергосбыта. От качества их работы может пострадать хозяин дома. Ему следует контролировать состояние проводов и создаваемых контактов.

Обычная скрутка алюминиевых жил на воздухе покрывается слоем окислов и ухудшает переходное сопротивление. Это место начинает больше греться и сильнее окисляться. Процесс со временем нарастает, хотя визуально может быть не заметен.

Естественный обдув воздухом и длина открытого провода его маскируют, но не останавливают. Увеличенное переходное сопротивление такого контакта — причина потери напряжения на нем.

Подключение ответвления специальными зажимами с нарушениями технологии — тоже возможная причина плохого контакта.

Если на нем образовались трещины, сколы, потемнения и другие дефекты, то они явно свидетельствуют об увеличенном переходном сопротивлении, потерях энергии.

Контакты вводного автомата

Подключение силового провода к автоматическому выключателю на вводе часто требует использования специальных переходников с созданием надежного ужима. Халатная работа сразу может не сказаться, но со временем проявиться.

Переходное сопротивление контактов владелец может проверить созданием электропроводке режима максимальной нагрузки на некоторое время. Сразу потребуется проконтролировать их нагрев. Проводя визуальный осмотр, следует обращать внимание на потемнение корпуса защитного модуля, состояние изоляции.

Внутри дома возможны и другие причины, ведущие к снижению уровня электричества.

Общие организационные вопросы: что обсуждать с поставщиком электроэнергии

Приступать к обсуждению возникших проблем следует только после того, как окончательно стало ясно, что у владельца здания все выполнено надежно и его вины нет.

Это же должны подтвердить соседи, у которых не решены аналогичные вопросы. Действовать лучше сообща. Обращаться следует в различные инстанции власти с письменными заявлениями, но начать необходимо с поставщика. Он в первую очередь должен обеспечить качество подводимой электроэнергии.

Однако, как показано выше, этот процесс, скорее всего, растянется на длительный срок. Владельцу дома до его решения придется принимать самостоятельные меры.

Как повысить напряжение в сети: 2 подхода

Решить вопрос можно своими руками или приобрести специальное промышленное оборудование.

Как повысить напряжение: бюджетные варианты от бывалого

Способ №1: старый стабилизатор от черно-белого телевизора

Кинескопные ламповые модели телевизоров в советское время потребляли много электроэнергии, порядка 400 ватт. Им требовалось стабилизированное питание.

Для них многочисленные заводы массово выпускали различные модели стабилизаторов напряжения. Со временем необходимость в них пропала и они попали к мастерам в кладовки, а кто-то просто выбросил, хотя надежность и работоспособность этих устройств сохранилась и по сей день.

Использовать такой старый стабилизатор вполне допустимо, но, стоит обратить внимание на его выходную мощность. Питать через него лучше какой-то один бытовой прибор с электродвигателем.

Если имеются два одинаковых стабилизатора, то их можно объединить и подключить более высокую нагрузку.

Способ №2: понижающий трансформатор

Подойдет любая модель от старого ненужного зарядного устройства автомобильных аккумуляторов или самодельная конструкция. Показываю на примере трансформатора 220/12-36 вольт. Его номинальная мощность 315 вольт-ампер.

На правой части картинки показаны выходные цепи со снятым корпусом. Подобных зарядных было выпущено очень много. Из них можно выцепить схему электроники. Она не нужна.

Далее поступаем очень просто. Собираем схему увеличения напряжения, когда первичная обмотка работает, как обычно, а вторичка добавляет свои вольты к питанию прибора.

С научной точки зрения необходимо выполнять фазировку, а на ее основе ставить перемычку между обмотками, которая позволит сделать вольт-добавку. Предлагаю более простой вариант:

  1. Соединяем перемычкой произвольно одну клемму входной цепи с любой выходной, действуя по принципу: «мне повезет».
  2. Включаем трансформатор в сеть обмоткой 220 и замеряем сигнал на его выходе вольтметром.
  3. Если он увеличился, то удача нам улыбнулась и все получилось.
  4. Когда напряжение снизилось, то это значит, что мы собрали схему понижения и требуется переключить перемычку на одной из клемм входа или выхода.

Если отсутствует трансформатор заводского исполнения, то его не так уж сложно намотать своими руками на подходящем магнитопроводе. Можно использовать даже статор от сгоревшего асинхронного двигателя.

Методику расчета и сборки описывать не буду. Она довольно подробно изложена в этой статье про трансформаторный паяльник Момент. Что будет не понятно — спрашивайте. Я помог уже многим читателям в этом вопросе.

Чтобы не допустить перегрева добавочного ТН, достаточно правильно подобрать к нему предохранитель, контролировать и ограничивать время работы при максимальных нагрузках.

Способ №3: стабилизатор напряжения своими руками

Любителям мастерить предлагаю собрать относительно не сложную электронную схему на трансформаторе с тремя обмотками, работающими по принципу приведенной выше вольт-добавки понижающего трансформатора.

Предлагаемый стабилизатор напряжения своими руками нормально справляется со стабилизацией электроэнергии для нагрузок 1,5 кВт при уровне сети 200 вольт и 700 ватт при снижении до 180В. Работает он автоматически.

Компаратор имеет 4 ступени настройки порогов срабатывания. Переключение обмоток осуществляют контакты реле РП-21 постоянного тока с напряжением 24 вольта. Их можно заменить аналогами, но обращайте внимание на коммутационную способность контактов. Иначе они сгорят.

Марки и номиналы компонентов электронной базы показаны на схеме. Однако, проще купить такой прибор промышленного изготовления.

Стабилизатор напряжения для частного дома: на какие характеристики обращать внимание

Индуктивная нагрузка

Выбирать модель стабилизатора следует под конкретные нужды его эксплуатации. Необходимо учесть, что пусковые токи электродвигателей превышают в два-три раза номинальную величину нагрузки.

Мощность источника должна их надежно перекрывать. Особенно важно выполнять это требование для электродвигателей насосов различных жидкостей и компрессоров, начинающих свой запуск под нагрузкой рабочей среды, а не раскручивающихся на холостом режиме.

Способы регулирования

Стабилизаторы напряжения работают по принципу автотрансформатора и построены по одной из двух схем:

  1. ступенчатого переключения дополнительных обмоток релейными или полупроводниковыми ключами;
  2. плавного регулирования выходной величины за счет перемещения сервопривода по принципу работы ЛАТР.

В первом случае на автотрансформаторе создаются отпайки. Их количество влияет на величину ступени регулирования напряжения. Коммутации происходят по командам от электронного блока тиристорами или симисторами.

Стабилизатор с сервоприводом плавнее переключает напряжение движением угольных электродов по виткам автотрансформатора.

Стабилизаторы напряжения изготавливают для работы с трехфазной и однофазной нагрузкой. Однако при их выборе надо хорошо представлять условия их эксплуатации.

Особенности трехфазного питания

В доме с таким электроснабжением на вводе лучше устанавливать 3 однофазных устройства на каждую фазу отдельно. Любой из них будет нормально выравнивать напряжение при разных нагрузках намного лучше, чем один общий.

Трехфазные электродвигатели и трансформаторы подключают через соответствующие 3-х фазные стабилизаторы. Они больше приспособлены к симметричным нагрузкам.

Режим Bypass

Полезной функцией прибора является возможность транзита электроэнергии, минуя орган стабилизации.

Видеоролик владельца Voltra BY «Как выбрать стабилизатор для дома» поможет вам определиться с поиском подходящей конструкции. Рекомендую посмотреть.

Если же у вас еще остались вопросы и не ясно, как повысить напряжение в сети до 220 в частном доме, то спрашивайте. Постараюсь помочь.

Источник

Как повысить силу тока, не изменяя напряжения?

Автор: Николай Петрович

Из статьи вы узнаете как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд.

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

I=U/R.

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

Приведем проверенные рекомендации, которые позволят решить поставленные задачи.

От чего зависит сила тока?

Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:

  • Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
  • Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
  • Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
  • Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
  • Мощности усилия, которое передается на ротор.
  • Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
  • Конструкции источника питания.
  • Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
  • Параметров генератора — рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств.

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

  • S — сечение провода;
  • l — его длина;
  • ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Как повысить силу тока в блоке питания?

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

  • Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
  • При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

Также рекомендуется поменять диоды с выпрямителями. Кроме того, может потребоваться установка нового диода выпрямителя на низкой стороне и увеличение емкости конденсаторов.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.

Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.

Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.

С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).

Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров — длины кабеля, его толщины и сопротивления.

С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.

Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.

После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все — остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.

Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.

Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.

Измерение силы тока — не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).

Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.

Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.

Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.

Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.

Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.

При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется — скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.

С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.

Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.

Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.

Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.

Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств — ASUS USB Charger Plus.

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.

Здесь можно выделить следующие варианты:

  • Установить второй трансформатор;
  • Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
  • Поднять U;
  • Увеличить сечение сердечника;
  • Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
  • Купить новый трансформатор с подходящим током;
  • Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).

В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.

Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.

С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:

  • Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
  • Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
  • Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
  • В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.

Как повысить силу тока в генераторе?

Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.

Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.

Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).

Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.

Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.

Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).

Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.

Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.

Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.

После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.

При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.

После припаивания место стыка изолируется термоусадкой.

Следующим этапом требуется купить 8-диодный мост. Найти его — весьма сложная задача, но нужно постараться.

Перед установкой желательно проверить изделие на исправность (если деталь б/у, возможен пробой одного или нескольких диодов).

После установки моста крепите конденсатор, а далее — регулятор напряжения на 14,5 Вольт.

Можно приобрести пару регуляторов — на 14,5 (немецкий) и на 14 Вольт (отечественный).

Теперь высверливаются клепки, отпаиваются ножки и разделяются таблетки. Далее таблетка подпаивается к отечественному регулятору, который фиксируется с помощью винтов.

Остается припаять отечественную «таблетку» к иностранному регулятору и собирать генератор.

Итоги

Как видно из статьи, повысить силу тока, не изменяя напряжение в сети, реально.

Главное — разобраться с особенностями конструкции устройства, которое подлежит корректировке, и иметь практические навыки работы с измерительными приборами и паяльником. Кроме того, важно осознавать потенциальные риски от внесения корректировок.

Источник

Как увеличить напряжение в сети 220

Падение напряжения в первичной сети 220 вольт является иногда очень серьезной проблемой в сельской местности, да и не только. Холодильник не запускается, плитка не греет, утюгом не погладишь, паяльником не припаяешь, да мало ли… . Если падение напряжения для нагревательных приборов, имеющих для сети активное сопротивление, явление не летальное, то для аппаратуры, в которой установлены двигатели, в частности – холодильники, оно может стать последним в их жизни.

Начнем с простого, с нагревательной аппаратуры. Так как форма напряжения для нагревателей, не имеет ни какого значения, то поднять действующее (среднеквадратичное или эффективное) значение напряжения питания для них нет ни какой проблемы. Смотрим схемку.

Эта приставка напряжение сети (фиг.1) сперва выпрямляет (фиг.2), а потом за счет энергии, запасенной в конденсаторах, увеличивает эффективное напряжение, см. фигуру 3.

Выпрямительный мост можно использовать, как готовый, так и спаять из отдельных диодов. В сельской местности линии электропередачи воздушные и высоковольтные импульсные всплески напряжения не редкость, так что, выбирая элементы выпрямителя, обратите внимание на максимальное рабочее напряжение диодов. Чем выше, тем лучше, в разумных пределах конечно. Рабочий ток диодов должен превышать ток нагрузки раза в 2 в 3. Емкость конденсаторов вам придется подобрать самим. Она зависит и от величины провала напряжения сети и от мощности вашего нагревателя. С этой приставкой будьте осторожны, если напряжение сети восстановится до нормы, то на ее выходе напряжение будет выше рабочего напряжения нагрузки. Величина превышающего напряжения зависит от величины емкости подключенных в данный момент конденсаторов. Отсюда и необходимый запас по току диодов. У меня такая приставка имеется для большого паяльника 100Вт в виде топора, для его быстрого разогрева.

Теперь про, например холодильник. Этому товарищу необходим переменный синус. Конечно, можно купить и автотрансформатор и стабилизатор. Но можно обойтись и простым трансформатором, так называемым трансформатором вольтдобавки. Смотрим схемку.

Из схемы видно, что последовательно с верхним проводом сети 220 вольт включена дополнительная обмотка трансформатора. Если ее включить синфазно с сетью, то напряжения будут складываться (когда надо поднять напряжение), Если ее включить противофазно, то напряжение сети и напряжение на вторичной обмотке трансформатора будут вычитаться, это тот случай, когда напряжение надо уменьшить.

Как повысить напряжение сети, расчеты.

Теперь давайте немного посчитаем, хотя бы примерно. Допустим провал напряжения у вас тридцать вольт. Необходимый ток нагрузки равен пяти амперам. Отсюда следует, что нам необходима мощность 150Вт. С такое мощностью гарантированно справится трансформатор от старого лампового телевизора. Например, ТС-180.
Трансформатор ТС-180, ТС-180-2, ТС180-2В параметры скачать

Так, скачали данные, нашли ТС-180, Складываем все витки первичных обмоток, 375+58+375+58=866 витков. Находим число витков на один вольт 866/220 = примерно, 4 витка на вольт. Для получения необходимых нам 30В умножаем 30 на 4 = 120витков. По 60 витков на катушку (у ТС-180 их две). Диаметр провода для пяти ампер равен 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7∙2,236 ≈ 1,56 мм. Небольшие пояснения. Я всегда после разборки заводских трансформаторов увеличиваю число витков первичной обмотки, в первую очередь это связано с тем, что обратно собрать сердечник, как это делают в условиях производства, не удастся. Поэтому увеличение тока холостого хода (возможно в несколько раз из-за отсутствия ферронаполнителя в зазоре, т.к. сердечник разрезной) гарантировано. Да и броневой сердечник полностью не собрать, пластина 1,2,3, все равно останутся.

Вы, наверное, уже заметили, что через такой трансформатор можно питать двигатель мощностью один киловатт. В схеме нет тумблера для подключения нашего трансформатора. Он может коммутировать, как первичную обмотку трансформатора, но здесь будут потери из-за постоянно включенной в сеть вторичной обмотки, так переключать саму вторичную обмотку, но здесь будут потери из-за постоянно включенной первичной обмотки. Пока пишу этот текст, пришла в голову идея. Сейчас допишу и нарисую схему. Так вот, для коммутации трансформатора потребуется два переключателя или один с несколькими направлениями. Все теперь об идее, схему нарисовал. Смотрим схему.

И так, переключатель в нижнем положении, трансформатор добавляет напряжение. Переключатель в верхнем положении, первичная обмотка замкнута накоротко, значит и во вторичной обмотке короткое замыкание, а это ничто иное, что трансформатор исчез, осталось только активное сопротивление вторичной обмотки.

Тааа…к, родилась еще одна схема. Сейчас нарисую. Что же я раньше до этого не додумался, хотя в Сети, может быть, уже давно кто-то это нарисовал. Смотрим.

Если переключатели оба внизу или оба вверху, то трансформатора в цепи нет, в первичной обмотке режим КЗ, оставшееся активное сопротивление менее Ома. Теперь левый вверх, правый вниз – трансформатор, например, добавляет напряжение, а правый вверх левый вниз – убавляет. Ну, вот и все, может, кому это и пригодится. Успехов. К.В.Ю. Да, еще чуть, чуть. А если вместо переключателей применить Н-мост из полевых транзисторов, да еще микроконтроллер, следящий за уровнем сетевого напряжения, то можно, наверное, сделать стабилизатор переменного напряжения релейного типа с маленьким (относительно) трансформатором на большую (относительно) мощность. Кто бы только все это сделал. По крайней мере есть над чем подумать.
Скачать статью

Источник

Как повысить напряжение в сети

Часто в деревнях и на дачах говорят о плохом напряжении в электросети. Это связанно не только с их плохим техническим состоянием, но и с покупкой разнообразной бытовой техникой, которой требуется электричество, которого часто не хватает.

В то же время местные электросети не спешат менять оборудование на современное, а значит, на более совершенное которое с достоинством выдержит повышенные нагрузки.

Участник дачного форума «Дом и Дача» Terristor как-то столкнулся с проблемой – стиральная машина перестала работать. То есть барабан с трудом крутился, да и насос не мог поднять воду из скважины.

На 1-ом Рисунке обычная работа понижающего трансформатора.
На 2-ом уже переделанный трансформатор готовый к работе на повышение напряжения.

Он замерил напряжение, и прибор показал всего 180 вольт, а этого напряжения не хватает для работы многих бытовых электроприборов.

Но нет, худа без добра. Как-то раз он читал журнал «Радио» и на глаза ему попалась статья о том, как при помощи обычного понижающего трансформатора сделать повышающий.

А фокус состоял в том, что если взять понижающий трансформатор, который из 220 вольт делает 40, поковыряться в нём, то после небольших изменений можно получить на выходе не понижение, а повышения напряжения на 40 вольт от напряжения в сети.

Случайно у Terristor был такой трансформатор. И обладая небольшими познаниями в радиотехнике, он через 15 минут его переделал и сделал пробный пуск.

Перед испытанием напряжение было 192 вольта, а после, как и намечалось, напряжение увеличилось на 40 вольт. Это оказалось отличным решением в сложившейся ситуации и несмотря на нехватку напряжения электроприборы работали безотказно.

Плюсы этой систем:

Простота при сборке. Например, при мощности вторичной обмотки трансформатора 100 вольт, можно не опасаясь подключить насос мощностью 500 Вт.
Реальная дешевизна прибора.

Минусы этой системы:

Напряжение, выдаваемое прибором, автоматически не регулируется и если вдруг напряжение в сети стабилизировалось, и стало 220 вольт то на выходе у вас будет 260 вольт, многовато, но не опасно, если вовремя заметить.

Сам Terristor всю зиму пользовался этим трансформатором. За это время он ни разу не проверял напряжение и ни один электроприбор не испортился.

На случай если напряжение в вашем районе часто меняется можно использовать специальную розетку которая отключает электроприборы которые к ней подключаются если напряжение повысилось сверх нормы.

Формулы для расчётов

Нужен трансформатор с первичной обмоткой на 220 вольт. Вторичная обмотка — на необходимое «недостающее напряжение». На вторичной обмотке максимальный ток даже у маломощных понижающих трансформаторов достаточен.

Расчёт можно сделать по нескольким формулам.

По рис. 1 можно вычислить ток вторичной обмотки где Iн – номинальный ток нагрузки А; Pн – номинальная мощность нагрузки (по паспорту трансформатора) Вт; Uн — номинальное напряжение питания нагрузки.

Зная, какое напряжение нужно добавить, определяется требуемая мощность трансформатора по рис. 2 где P – мощность трансформатора в Вт., I2 – номинальный ток вторичной обмотки А, U2 — напряжение вторичной обмотки, В. Затем нужно взять трансформатор с подходящими данными – по мощности и выходному напряжению.

И в завершении нужно подсчитать результат по формуле на рис. 3. где Ктр — коэффициент трансформации; U1 — номинальное напряжение первичной обмотки (220), В.

В последней формуле можно видеть, что напряжение на нагрузке можно как увеличить, так и уменьшить. Чтобы правильно фазировать трансформатор, достаточно поменять местами выводы одной из обмоток.

Трансформатор лучше установить в коридоре или в подвале, потому что установка шумит, а уже оттуда сделать проводку до нужных электроприборов.

Размещено участником форума «Дом и Дача» Terristor
Редактор: Адамов Роман

Источник

как повысить и куда жаловаться

На чтение 6 мин Просмотров 210 Опубликовано Обновлено

К таким неприятным явлениям, как сбой работы бытовых приборов и преждевременный их выход из строя, часто приводит низкое напряжение в сети. Необходимо разобраться в причинах таких ситуаций и выяснить, кто виноват, чтобы грамотно решить проблему.

Основные причины неисправности

На понижение напряжения влияет изношенность проводки, слабые контакты, недостаточное сечение кабеля

В соответствии с ГОСТом к электрическим сетям выдвигают определенные требования. Напряжение по существующим стандартам должно составлять 220 Вольт. Допустимые колебания от 198 до 242 в. Пониженное напряжение, например, до 180 Вольт не отвечает установленной норме. В этой ситуации, приборы потребляют такой же ток, но исполняют свои функции за более длительное время. Например, чайник закипает дольше, лампочка еле видна. В таком случае электроприборы целесообразнее отключать, чтобы они не вышли из строя.

Необходимо выявить причину снижения, а затем принимать меры по устранению. Проблемы с электросетью могут быть вызваны такими факторами:

  • Старые изношенные провода с большим количеством соединений не выдерживают нагрузку.
  • Недостаточная мощность установленного трансформатора.
  • Дисбаланс мощности, перекос фаз.
  • Недостаточное для расчетной нагрузки сечение подводящего кабеля.
  • Некачественно выполненное воздушное ответвление.
  • Слабый контакт на входном рубильнике или автомате.

Мощность может понижаться, если входящий кабель однофазный, а далее каждая фаза является плечом трехлинейной схемы. Также напряжение может падать из-за ненадлежащего обслуживания или ремонта старых линий электропередач.

Чаще эти неполадки наблюдаются одновременно, поэтому устранение одной из них приводит только к частичному решению проблемы. Если самостоятельно выявить причины не удается, нужно обратиться за помощью к электрику.

Больше всего страдают потребители энергии, которые находятся на отдаленном расстоянии от линии трансформаторной подстанции.

Влияние низкого напряжения на электроприборы

Когда в сети нет напряжения, более всего уязвимы устройства, в которых есть электродвигатель или компрессор. Это большая часть бытового инструмента, холодильники, стиральные машины, насосы. Основной урон они получают при запуске двигателя. Такое оборудование имеет слабую встроенную защиту, которая не справляется с падением напряжения.

Нештатный режим сказывается на работе оборудования, может снизить срок его эксплуатации. Если напряжение в сети упало, пользователь может заметить это по бытовой технике и приборам. При работе холодильника и кондиционера могут появляться посторонние звуки. Нагревательные приборы дольше достигают нужной температуры. Человек страдает от мигающих лампочек и недостаточного освещения.

Понижение напряжения пагубным образом отражается на приборах и бытовой технике:

  • ухудшение пусковых характеристик двигателей;
  • увеличение тока при запуске;
  • изменение основных параметров электроприборов;
  • понижение светового потока ламп накаливания;
  • повышение силы тока, как следствие перегрев проводов, разрушение изоляции;
  • сбои в работе сложной электронной техники.

Низкое напряжение практически не отражается на нагревательном оборудовании, но в сравнении с нормальным напряжением, снижается мощность. Техника, снабженная блоком питания с широкими входными параметрами, менее подвержена перепадам. Исключением являются устройства с электронным способом управления.

Способы решения проблемы

Если проблемы в одной квартире, нужно проверить соединения проводов

Прежде всего необходимо поговорить с соседями, чтобы определить: проблема внешняя или неполадки существуют в квартире, домовладении. В многоэтажке это сделать проще. Частным домовладельцам следует опрашивать соседей, дома которых питаются от тех же линий.

Если перебои в напряжении есть у всех, виновником неполадок является электропоставляющая организация. Если неисправности связаны с доставкой электроэнергии, самостоятельно их устранить невозможно. Ожидание модернизации линий электропередач или трансформаторов может длиться годами.

Если у соседей все в порядке, нужно выключить вводный автомат и измерить напряжение на клеммах. Затем включить несколько приборов. Если напряжение заметно падает при включении, причину следует искать в конкретном помещении.

Чтобы определить, почему просаживается напряжение в квартире, нужно осмотреть все контакты:

  • на входе в распределительный щит;
  • соединение проводов в самом щитке;
  • контакты распределительных коробок и розеток.

Слабое соединение на входе или выходе автоматического выключателя часто приводит к снижению напряжения. Визуально можно обнаружить подгорание и деформацию корпуса. В таком случае прибор необходимо заменить. Установку защитного устройства может выполнять только профессионал с соответствующей группой допуска. Распределительные щиты, рубильники, должны иметь соединение на «землю».

Если автоматический выключатель исправен, все контакты подтянуты, следует проверить на соответствие сечение вводного кабеля, при необходимости провести его замену.

Все монтажные работы до счетчика должен выполнять специалист управляющей компании или поставщика услуг, если заключен договор.

Как повысить напряжение в сети до 220

При наличии внешних причин поднять уровень напряжения можно с помощью стабилизатора. Такое устройство устанавливают на квартиру или дом. Например, надежный стабилизатор напряжения SKAT ST отличается широким диапазоном входного напряжения и мощностью от 3,5 до 12 кВт. Стоимость качественных электронных приборов довольно высока, но это дешевле, чем приобретать новую технику, взамен вышедшей из строя.

Можно установить локальные стабилизаторы для отдельных приборов. В этом случае подойдет модель SKAT ST-2525 мощностью от 1,5 до 3 кВт.

Один из способов решения вопроса — подвод к дому либо квартире трех фаз. Для этого потребуется согласование с энергосбытом, так как нужно знать, где и как отключить напряжение сети от магистральных линий в квартире и частном доме. Затем на вводе ставят переключатель. В процессе энергопотребления используют ту фазу, которая наименее загружена.

Можно повысить напряжение, подключая домашнюю сеть через трансформатор. Способ не совсем удачный, так как может вызвать перенапряжение, что приведет к срабатыванию защиты и отключению бытовой техники.

Установка реле напряжения результатов не дает. Когда параметры выходят из допустимого значения, прибор будет выключать питание сети. Розетки остаются обесточенными, пока напряжение не придет в норму.

Куда звонить и жаловаться

Как правило, решить проблему в телефонном режиме не получается. Замена магистральных линий на большее сечение, установка мощного трансформатора, требует выполнения ряда работ и связана с большими капиталовложениями. Поэтому жалобы жильцов на поставщиков зачастую остаются без внимания.

На компанию, предоставляющую услуги, официально следует подавать претензию. Жильцы или домовладельцы должны написать заявление на поставщика электроэнергии или управляющую компанию. Документ составляется и подается в двух экземплярах. Один остается у заявителя с отметкой о дате регистрации.

Другой способ коммуникации — отправить свои требования заказным письмом. Реквизиты поставщика или управляющей компании обязательно должны быть указаны в договоре на электроснабжение.

Если из-за перебоев напряжения по вине поставщика бытовая техника вышла из строя, пользователь имеет право на возмещение причиненного ущерба. Для этого нужно действовать следующим образом:

  1. Вызвать представителя поставщика, который должен зафиксировать факт аварии и составить соответствующий акт.
  2. Обратиться в сервисный центр за заключением о причине выхода техники из строя.
  3. Направить претензию поставщику с требованием о возмещении ущерба.
  4. Если заявитель получает отказ, вопрос необходимо решать в судебном порядке.

Когда адекватных действий нет, стоит подать жалобу в районную администрацию, Роспотребнадзор, общественную палату. Если меры не приняты, следует обратиться в органы прокуратуры, суда и арбитража.

Самостоятельного решения проблемы низкого напряжения не существует. Для обращения в энергосбыт нужно объединяться с соседями, так как коллективные заявления более эффективны. Однако часть расходов придется брать на себя. В противном случае дело может тянуться бесконечно долго.

Виниловый проигрыватель своими руками / Хабр

Почему винил

На каждом столбе уже давно идут срачи по поводу музыки с винила. Одна часть яростно минусует, ругает и всячески высмеивает идею слушать виниловые диски в век цифровых стримов высокого разрешения, как TIDAL, Qobuz и прочее, в крайнем случае снисходительно улыбается. Другая, не менее яростно отстаивает свою точку зрения, показывая аудиофильские системы за многие тысячи и выкладывает записи звука, доказывая, что хорошо отстроенная и дорогая виниловая система играет намного лучше, чем цифра. У обеих сторон есть и научные и не научные доводы в свою пользу.

Я, в свою очередь, столкнулся с ситуацией, когда реально старые записи без ремастеринга, попадаются в основном отвратительного качества, а новый ремастеринг убивает структуру старых добрых песен, после чего их слушать, я лично, не могу. Принимая точку зрения других, что ничего плохого в ремастерингах нет, для себя я для себя решил собрать чисто аналоговую систему под винил. И первое, оценив цены на нормальные современные вертушки, а так же на топовый винтаж, с учетом его возраста в 50+ лет и состояние, решил собрать винилокрут самостоятельно.

Так как основная часть, как тонарм, диск и двигатель, являются сложными технологическими приборами остановил свой выбор на нормальном винтажном доноре, от которого будет взято только диск и небольшой набор электрики, покупке нового, не сильно дорогого, но качественного, тонарма с иглой, и на полном изготовлении корпуса с всеми необходимыми доделками.

Подбор компонент

Первым делом надо было утвердить тип донора. Дома на тот момент стоял пассиковый привод Thorens 166 который играл очень неплохо, имел новый корпус из черного ореха собственного изготовления и имел возможность смены тонарма. Главным его минусом было отсутствие мало мальской возможности контроля скорости вращения диска. Примитивная электроника и двигатель, чья скорость была расчитана на 50Гц и напрямую зависила от стабильности напряжения и частоты в сети питания. Дабы выровнять скорость точнее необходим был входной стабилизатор напряжения и частоты переменного тока, другой возможности не было. В добавок — пасиковые проигрыватели звучат хорошо в основном на тихой мягкой музыке — как джазы, блюзы и классика. Рок на нем играл вяловато, да и несмотря на полную замену корпуса, кашеобразно из-за кучи резонансов.

Выбор донора пал на прямой привод (Direct Drive (DD)) который дает более агрессивный звук, и как в последствии выяснится, может играть тот же джаз и классику не менее нежно и аккуратно при правильной настройке.

Тонарм был выбран Jelco 750D как яркий представитель оптимального соотношения цена-качество. Более высокие по уровню уже шли с многократным превышением цены, а в своей ценовой категории тонармы Jelco не оставляли никого равнодушным.

Для корпуса был выбран дуб, как вязкое и низкорезонансное дерево с высокой плотностью, которое будет формировать общий вес корпуса без дополнительных материалов.

В результате поисков в объявлениях со вторых рук был куплен DD проигрыватель Micro Seiki DD24 тонарм Jelco 750D серого цвета, и набор дубовых досок под размер.

Внутренности проигрывателя MicroSeiki DD24

Первая часть

Проигрыватель был безжалостно разобран на части.

Все что осталось

Из всего набора был оставлен только трансформатор, управляющая схема, двигатель и питч контроль, которым с помощью обычной системы стробоскопа, можно регулировать скорость вращения.

Корпус был изначально задуман как многослойный, с прослойками антивибрационного материала, в качестве которого была выбрана байка, тонкие 3 миллиметровые полоски между 3см слоями дерева. Всего получилось 6 слоев.

Первая примерка слоев дерева

Обычно корпуса склеивают, но тут я наткнулся на выбор, залить клеем анти-вибро слои, тем самым убив саму идею многокомпонентного корпуса, либо — пойти на не клееный корпус. Второе победило, в результате чего корпус стянут стяжками 6 стяжками, что совместно с расположением слоев перехлестом, делает его полностью монолитным.

Крепление слоев с вырезанной шахтой для двигателя

После обработки корпуса напильником шлиф-машиной, внутрь корпуса была вмонтирована электроника с двигателем. Основной проблемой стало полное разделение двигателя и корпуса, по возможности разумеется. Для этого из Fimo пластика были вылеплены ножки, которые после запекания становятся достаточно твердыми, но имеют свойство сжиматься, как очень твердая резина, тем самым обеспечивая компенсацию микровибраций возникающих при вращении.

Далее, было проведено выравнивание положение двигателя относительно корпуса с помощью цифрового микрометра, дабы расстояние между диском и поверхностью было минимальным. На данный момент оно составляет примерно 2.5мм.

Шахта для электроники управления с задней стороны

Для первой примерки использовал то, что было под рукой, латунная пластина для крепления элементов управления выкрашенная в черный цвет.

Блок управления в процессе примерки

После того, как все было собрано, обеспечен контроль над скоростью вращения и смонтирован блок управления в первом приближении, оставалось найти тонарм, придумать систему крепления и попробовать прибор в деле.

Установка тонарма

Сам по себе поиск тонарма оказался нетривиален. Когда проект только задумывался, фирма Jelco работала, поставляла новые тонармы по приемлемым ценам, однако процесс создания пришелся на перый год короны, делал все в августе, и когда начал искать где купить новый тонарм, оказалось, что фирма Jelco закрылась. Причиной явилась как раз корона, возраст работников и, как написали на сайте самой фирмы, старость станков. Печальное событие произошло в апреле — что привело к резкому росту цен.

В результате тонарм был найден только со вторых рук, новые либо вызывали сомнение в новизне и подлинности, либо стоили уже примерно так же как и их более интересные дорогие собратья.

Свежеприобретенный тонарм

Тонарм надо было как-то поставить на место, которое изначально было запланировано на втором сверху слое дерева, но тут и скрывались основные проблемы. Дело в том, что обычно корпуса самодельных проигрывателей изготавливают из фанеры, заполняя их дробью или другими металлическими наполнителями, компенсируя малый вес корпуса. Фанера гораздо менее чувствительна к изменениям влажности и температуры, чем дерево, более стабильна и имеет гораздо более ровную поверхность, поэтому на фанерные подставки тонармы обычно крепят напрямую.

При условии, что тонарм требует очень точной соосности в вертикальной плоскости с осью вращения диска, и любые микро сдвиги от нее, приводят к искажению звука, в моем случае стал вопрос компенсации микро изменений поверхности дерева. Кроме этого начитавшись теории винилового звука, хотелось дополнительной изоляции тонарма от корпуса, несмотря на вес более 12кг, и несмотря на все демпфирующие приспособления.

Решение было принято — использовать пружинный подвес, 4 пружины с общим давлением до 2-3кг при небольшом сжатии. Давление подбиралось таким образом, чтобы при использовании никаких смещений не было, но при этом, чтобы достаточно легко можно было бы конфигурировать всю систему.

Тут я конечно допустил одну ошибку, которая в данный момент не влияет на качество, но в будущем вполне может привести к тому, что придется очередной раз все перерабатывать. Это отсутствие какой-либо возможности настраивать расстояние между осью вращения тонарма и шпинделем диска. При использовании одного тонарма, в этом нет необходимости, если удается правильно его расположить, но если будет необходимо его заменить, то придется заново изготавливать пластину для подставки.

Система подвеса — тестовый вариант

Для теста была выбрана пластина из композитного пластика, которая была под рукой, в дальнейшем заменена на алюминиевую. Шайбы под пружины тоже были изготовлены из Fimo, но в последствии допилены.

Первая примерка тонарма и первое проигрывание показало, что направление выбрано верно. Звук оказался намного лучше того, который можно было получить с имевшегося в наличии доработанного Thorens 166, более точный, яркий и детальный, несмотря на более дешевую иглу и незаконченный подвес и обработку.

Доработка проекта

В этом виде проект оставлять было нельзя, требовалось допилить все до нормального состояния, поэтому было полностью допилено и обработано дерево, шлифовка и обработка составом: льняное масло, воск, канифоль. Все это было растоплено перемешано и остужено. Полученным составом отшлифованное дерево было обработано и натерто замшевой тряпочкой.

Передняя пластина заменена на алюминиевую, винты крепления так же приобретены новые на али.

База для тонарма — 6мм алюминиевая пластина так же с новыми пружинами и креплениями.

Установлены ножки конусы — для регулировки горизонтального положения диска.

Вся электроника заземленная, двигатель с экраном, выходной кабель — экранированный клотц с распайкой земли на экраны, экраны заведены друг на друга со стороны тонарма и обрезаны со стороны входа в фонокорректор. Никаких шумов и посторонних наводок.

Конфигурация системы в которой играет проигрыватель:

  • Фонокорректор — ViktorLab, самодельный из Самары.

  • Усилитель ламповый однотакт (китай) доработанный, лампы 40-х годов, выходные 300B пока китай PSWane.

  • Акустика Klipsch Forte IV

  • Игла Nagaoka MP110

Планы и доработки

Один из недостатков винтажных систем — их старость, поэтому в ближайших планах доработка электроники, пересмотр и замена комплектующих на более современные, новые, замер и подгонка параметров вращения диска, при необходимости, доведение его до заводских параметров.

Есть желание дополнить проигрыватель для начала системой пассивного наблюдения за скоростью вращения на базе Ардуино. Далее возможно допиливание до автоматического контроля над скоростью с помощью замены ручного регулятора переменного сопротивления на электронный, с программным контролем.

Есть желание поменять опорные ножки, очень уж неудобные они для регулировки оказались.

Возможно замена некоторых слоев дерева, для красоты корпуса.

На этом все — если есть вопросы, отвечу в комментариях.

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

03-06-2015

В каких случаях необходимо установить стабилизатор напряжения для кондиционера или сплит-системы

Необходимость иметь дома кондиционер или сплит-систему обсуждать не будем. В летнее жаркое время без кондиционера очень плохо. Но недостаточно купить и установить кондиционер или сплит-систему в своем доме или офисе, нужно ещё обеспечить его правильным электропитанием. При решении этой задачи нам поможет надёжный стабилизатор напряжения.

Современный кондиционер представляет собой очень сложное устройство. При разработке таких кондиционеров используются самые передовые технологии, используются очень сложные электронные схемы управления, высокоэффективные холодильные установки. Современные сплиты позволяют обеспечить высокую энергетическую эффективность,  бесшумность,  высокую охлаждающую мощность.

Необходимое качество электроэнергии для каждой модели можно узнать, изучая паспорт кондиционера или сплит-системы. Как правило, для среднего по мощности кондиционера требуются следующие параметры: входное напряжение в диапазоне от 200 до 240 Вольт, мощность от 1 до 2,5 кВт (в зависимости от модели  кондиционера).

Если в питающей сети наблюдаются отклонения от этих параметров, то необходимо устанавливать специальные стабилизаторы напряжения для кондиционеров и сплит-систем. Стабилизатор напряжения необходим в случаях колебания напряжения в сети, провалов питания, импульсных скачков напряжения и в случаях повышенного и пониженного напряжения в сети.

Как правило, в самые жаркие дни, когда работа кондиционера и сплит-системы особенно необходима, происходит ухудшение качества электропитания. Из-за высоких пиковых нагрузок происходит существенное снижение напряжения в сети, перекос по  фазам, наблюдаются скачки напряжения. Без защиты стабилизатора напряжения может происходить отключение климатического оборудования или его поломка.

Какие узлы кондиционера и сплит-системы защищает стабилизатор

Стабилизатор напряжения предназначен для нормализации параметров тока, питающего кондиционер или сплит-систему.

Прежде всего, правильное питание необходимо для корректной работы электронных блоков управления кондиционера. Современные сплит-системы имеют процессорное управление, компьютер управляет множеством функций устройства и обеспечивает удобный интерфейс взаимодействия с пользователем. Для нормальной работы электронных плат обязательно нужно стабилизировать напряжение в правильном диапазоне.

Основным агрегатом, устройством, вырабатывающим «холод» в кондиционере, является компрессор. Компрессор выполняет роль «сердца» всего устройства. Работа электродвигателя компрессора кондиционера или сплит-системы существенно зависит  от качества электроэнергии. Большие скачки напряжения могут привести к биению двигателя и выходу его из строя, низкое напряжение может вызвать перегрев двигателя и его поломку. Как правило, в кондиционерах и сплит-системах установлена тепловая защита двигателя, которая даёт команду на остановку устройства. Однако, эта защита может оказаться неэффективной в случае большого броска напряжения. В случае пониженного напряжения компрессор не может дать полной мощности, кондиционер не успевает охлаждать помещение, при этом его компрессор не отключается. Это приводит к перегреву компрессора и сокращает срок эксплуатации кондиционера. Для нормальной работы компрессора необходимо в сетях с нестабильным электропитанием использовать стабилизатор сетевого напряжения.

Выбираем стабилизатор сетевого напряжения для кондиционера и сплит-системы

Перед началом выбора нужного стабилизирующего устройства необходимо определить основные требования к стабилизатору для кондиционера. 

Кондиционеры и сплит-системы — это достаточно мощные электрические приборы, которые работают длительное время без остановки. Следовательно, стабилизатор для сплита должен быть достаточно мощным и очень надёжным.

При пуске кондиционера необходимо учитывать высокие пусковые токи такого оборудования. Кратковременно сила тока может повышаться в несколько раз. Вот почему стабилизатор для сплит-системы должен разрабатываться специально для обеспечения высоких токов и значительных перегрузок.

Для надёжной защиты климатического оборудования от скачков напряжения и импульсных токов в сети стабилизатор сетевого напряжения должен иметь эффективную защиту.

Стабилизаторы напряжения SKAT для кондиционеров и сплитов

Инженеры компании БАСТИОН разработали линейку надёжных стабилизаторов сетевого напряжения для питания бытовых электроприборов под торговой маркой SKAT. Для питания кондиционеров и сплит-систем БАСТИОН рекомендует надёжные релейные стабилизаторы для кондиционеров и сплит-систем SKAT ST SPLIT-9 и SKAT ST SPLIT-9 исп.5.

Стабилизатор напряжения SKAT ST SPLIT-9

Стабилизатор сетевого напряжения SKAT ST SPLIT-9 разработан для работы с кондиционерами бытового применения (сплит-системами) с энергоэффективностью 7000, 9000 BTU. Номинальная мощность нагрузки 1100 ВА. Диапазон входного сетевого напряжения 145…260 В. Стабилизатор обеспечивает качественную защиту климатического оборудования. Может быть установлен на объектах различного назначения: коттеджах, квартирах, офисах, промышленных предприятиях, учреждениях и т. д.).

Стабилизатор напряжения уличного исполнения SKAT ST SPLIT-9 исп.5

Стабилизатор сетевого напряжения уличного напряжения SKAT ST SPLIT-9 исп.5 разработан для работы с кондиционерами бытового применения (сплит-системами) с энергоэффективностью 7000, 9000 BTU. Номинальная мощность нагрузки 1100 ВА. Диапазон входного сетевого напряжения 145-260 В. Класс защиты IP56. Стабилизатор обеспечивает качественную защиту климатического оборудования. Может быть установлен на объектах различного назначения: коттеджах, квартирах, офисах, промышленных предприятиях, учреждениях и т. д.

Стабилизаторы напряжения SKAT ST SPLIT-9 и SKAT ST SPLIT-9 исп.5 имеют высокую надёжность, могут работать круглосуточно. Заводской срок гарантии — 5 лет!

Читайте также по теме:

Товары из статьи


Тех. поддержка

Бастион в соц. сетях

Канал Бастион на YouTube

Схема подключения частного дома 15 и 30 кВт

Ключевые моменты по срокам и порядку при подключении 15 и 30 кВт к частному дому в Московской области.

 Подключить электричество 15 кВт от стоящего рядом столба не далее 15 метров возможно за 30 рабочих дней.

 Если это расстояние от 15 м до 300 м от ВЛ до границ участка, то за период от 3-х до 12 месяцев районные электрические сети построят воздушную линию за 550 р. Если же это расстояние от 300 м до 500 м, то в этом случае затраты на строительство линии электропередач ВЛ 0,4 кВ до границ земельного участка будут выше.

 Электрики Электросетей монтируют прибор учета электроэнергии для трехфазного подключения вверху опоры, от которой осуществляется ввод на участок. А собственник участка заказывает монтаж шкафа с автоматикой в доме, а в случае, если дом еще не достроен, то на трубостойке на территории земельного участка.

При подключении 30 кВт в Одинцовском, Дмитровском, Красногорском, Рузском, Солнечногорском, Наро-Фоминском, Сергиево-Посадском и других районах Московской области требуется допуск от Ростехнадзора, а это в свою очередь целый список дополнительных мероприятий, согласований, лабораторных испытаний электроустановки и контура заземления.
Подробнее можете узнать по тел. 8977-269-9430.

План увеличения мощности до 30 кВт.

1. Получить разрешение на дополнительную электрическую мощность у балансодержателя лэп.

2. Получить акт о выполнение технических условий от электросети.

3. Заказать контур заземления для ЭПУ с специальными параметрами.

4. Подготовить проект электроснабжения.

5. Заказать технический отчет по замерам сопротивления.

6. Обратиться с пакетом документации в Ростехнадзор.

7. Защитить проект.

8. Получить разрешение на технологическое присоединение.

9. Направить полученные документы в электросети.

10. Получить акт тп и далее на корректировку в Сбытовую компанию.

Список мероприятий на 30 кВт входят: монтаж влагостойкого щитка с контролем величины максимальной мощности – автоматическими выключателями на ток 50 А, усиленное заземление с сопротивлением 4 Ом, провод СИП 4*25. Для подтверждения величины сопротивления требуются лабораторные испытания.

Все эти электромонтажные и организацинные услуги с 1 по 10 пункт выполняем под ключ 
по дополнительной смете!

Мы оперативно сможем выполнить монтаж лэп, электрооборудования мощностью выше 15кВт, 30Квт и более в любом районе Московской области. От щитка к дому в земле можно проложить кабель ВВГ4*10 в трубе для ввода 15 кВт и 30 Квт, если длина не более 30 метров.

Цены

Увеличение мощности на участке до 15 кВт — от 20 тыс. р.

Увеличение мощности в частном доме до 30 кВт — от 30 тыс. р.


Что касается подключения электричества к участкам СНТ, ДНП, то тут процедура упрощена с изменением Правил ТП, вносимых постановлением ПП РФ от 09.10.2021 г.

Новый порядок при подключении 15 кВт в СНТ с 9 октября 2021г.

1. До недавнего времени требовалось согласие СНТ. Сейчас заявитель самостоятельно обращается и подает заявку ТП

в сетевую компанию. Порядок присоединения действует общий , так же как в обычном населенном пункте.

2. По полученным техническим условиям электрические сети подводятся непосредственно к земельному участку заявителя, члена СНТ.

3. СНТ не в праве препятствовать электросетевой организации в осуществлении технологического присоединения при выполнении мероприятий, в частности проезду спецтехники и монтажу электрооборудования.

4. При последующей эксплуатации нововведенных энергопринимающих устройств СНТ не в праве брать плату.


Консультацию Вы можете заказать у инженера по тел.+7977-269-9430.

 

Copyright 2015 – 2022. Все права защищены Электромонтажные работы / Технологическое присоединение / Подключение электричества

Реле контроля напряжения. Защита от скачков напряжения

Здравствуйте, уважаемые подписчики и гости сайта elektrik-sam.info!

В этой статье мы подробно разберем, как защититься от скачков и перепадов напряжения в бытовой электрической сети.

Скачки напряжения особенно актуальны для старого жилого фонда, где электропроводка уже старая, местами совсем ветхая, соединения ослаблены, часто происходит отгорание нулевого провода. А это в свою очередь приводит к тому, что в одних квартирах напряжение снижается ниже допустимого уровня, а в других наоборот скачкообразно повышается и может достигать почти 380В.

Резкое повышение напряжение приводит к тому, что бытовая техника просто сгорает и выходит из строя. А снижение напряжения ниже допустимого уровня особенно опасно для бытовой техники, в состав которой входят электродвигатели: холодильники, кондиционеры, стиральные машины и др. Пониженное напряжение приводит к увеличению пусковых токов в электродвигателях, что в итоге может привести к повреждению и выходу из строя их обмоток.

Для того, чтобы защитить электропроводку и подключаемые к ней приборы применяются специальные устройства — реле контроля напряжения. Их еще называют реле перенапряжения, а также реле максимального и минимального напряжения либо просто «барьерами».

Давайте подробно рассмотрим принцип работы и схемы подключения этих устройств на примере реле напряжения DigiTOP.

Подробно останавливаться на технических характеристиках я не буду, при необходимости вы сможете найти ее в интернете. Отмечу вкратце самое главное.

Схемотехника реле измеряет действующее значение напряжения и при превышении верхней уставки, либо когда напряжение становится меньше нижней уставки, реле размыкает свой силовой контакт, отключая фазу, тем самым размыкая внешнюю питающую сеть от внутренней электропроводки.

Левая кнопка со стрелкой вниз регулирует нижний порог напряжения (по умолчанию 170В). Правая кнопка со стрелкой вверх регулирует верхний порог напряжения (по умолчанию 250В).

При нажатии на обе кнопки одновременно можно регулировать время задержки при повторном включении реле, когда напряжение возвращается в рабочий диапазон.

В однофазных сетях 220В применяются две основных схемы подключения реле напряжения:

в первой схеме контакты реле непосредственно управляют нагрузкой, т.е. через них протекает весь ток, потребляемый подключенными в домашней сети электроприборами;

— во второй схеме контакты реле управляют обмоткой контактора, а нагрузка уже подключается к сети через силовые контакты, тем самым разгружая контакты и повышая надежность его работы.

Схема с контактором подробно рассмотрена в видео внизу этой статьи!!!

Мы же рассмотрим первую схему.

Реле напряжения устанавливается после прибора учета, обычно в квартирном электрическом щите. Фазный провод от внешней электросети (после счетчика) подключается к клемме 2 силового контакта реле напряжения. Далее через силовой контакт от клеммы 3 фаза подается в сеть домашней электропроводки. Ноль подается к клемме 1 для того, чтобы запитать схемотехнику самого реле. Т.е. ноль не разрывается, контакты реле управляют только фазным проводом.

При включении вводного автомата, питание подается на реле напряжения.  Если величина напряжения находится в рабочем диапазоне, то спустя время задержки (устанавливается с помощью кнопок на передней панели), контакты реле замыкаются и фаза подается во внутреннюю электрическую сеть и она готова к работе и подключению потребителей.

Предположим, что произошел скачок напряжения и его величина превысила верхний порог 250В. Реле отслеживает это изменение и при превышении верхней границы размыкает свой силовой контакт, разрывая тем самым фазный провод, и прекращая подачу питания от внешней электрической сети во внутреннюю сеть квартиры или дома.

Это позволяет защитить подключенную бытовую технику и другие электроприборы от выхода из строя.

Когда питающее напряжение снова вернется в рабочий диапазон, т.е. станет меньше 250В, реле контроля напряжения, выдержав установленную задержку времени, опять замкнет свой силовой контакт и схема вернется в рабочее состояние.

Аналогичным образом происходит защита от недопустимого понижения напряжения.

Поскольку в этой схеме подключения реле напряжения нагрузка подключается непосредственно через его силовой контакт, при выборе реле необходимо выбирать модель, рассчитанную на ток, больший чем ток вводного автомата. Это даст необходимый запас и защитит схемотехнику реле в случае коммутации максимальной нагрузки. Аналогично мы поступаем при выборе номинала УЗО.

Этими рекомендациями можно пренебречь, если для коммутации нагрузки совместно с реле контроля напряжения применять контактор. Как это сделать смотрите подробное видео:

Схемы подключения и принцип работы реле контроля напряжения.


Рекомендую материалы по теме:

Реле контроля напряжения в трехфазной сети 380В.

Схема подключения нескольких реле напряжения.

Стабилизатор или реле напряжения — что выбрать?

Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — руководство.

Как выбирать автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы?

УЗО — стратегия выбора.

Автоматические выключатели — стратегия выбора.

Автоматические выключатели — конструкция и принцип работы.

Расчет сечения кабеля.

Расчет сечения кабеля. Ошибки.

Как рассчитать номинальный ток автоматического выключателя?

Устройство УЗО и принцип действия.

Повышаем напряжение в электросети: практические советы

Низкое напряжение в сети – можно сказать, болезнь удаленных потребителей. Стиралка еле крутится, в квартире или в доме; совершенно исправный насос вдруг перестал качать воду на даче – причина чаще всего одна: падение напряжения сети электропитания. При допустимых пределах 195 – 235 В (если линейное напряжение, как и нас и в Европе, 220 В) на «кончиках» распределительной сети может быть 180 и даже 175 В.

Прежде всего, нужно разобраться, где происходит падение напряжения. Тут не нужно измерений и приборов – достаточно поспрашивать соседей. Если у них все в порядке, потери напряжения – в Вашей абонентской проводке и нужно звать мастера-электрика.

Повышение напряжения в сети электропитания

Если же низкое напряжение у всех в округе – нужно думать, как повысить напряжение в сети у себя. Но не пугайтесь сразу же больших затрат на чудеса современной электроники. Они нужны, о них речь пойдет ниже. Но чаще всего проблему можно решить быстро и без хлопот подручными средствами. Причем – технически грамотно и совершенно безопасно.

При стабильно низком напряжении в сети выручит самый обыкновенный понижающий трансформатор на 12 – 36 В. Да, да, именно понижающий. И большой его мощности не потребуется. 100-ваттный потянет нагрузку в 500 Вт, а киловаттный – в 5 кВт. И увеличить напряжение в сети можно до допустимых пределов.

Никаких чудес, никакой паранауки – достаточно такой трансформатор использовать как повышающий автотрансформатор, добавив напряжение понижающей обмотки к линейному. Тогда при 175 В в розетке на выходе будет при 12 В добавочных 187 В. Маловато, но бытовая техника работать будет. Если вдруг напряжение повысится до нормы, автотрансформатор выдаст 232 В; это еще в норме. При 36 В добавочных 175 В вытягиваем до 211 В – норма! Но вдруг и в розетке норма окажется, получим 256 В, а это уже нехорошо для электроприборов. Поэтому лучше всего – 24 В добавочных.

А как же мощность? Дело в том, что в сетевой обмотке автотрансформатора течет РАЗНОСТНЫЙ ток, и если повышать напряжение на небольшую долю от исходного, он окажется совсем незначительным. Правда, в дополнительной обмотке пойдет суммарный ток, но она в понижающих трансформаторах выполняется из толстого провода и при мощности исходного трансформатора в 100 Вт выдержит ток в 3-5 А, а это более 500 Вт при 220 В.

Нужно только правильно сфазировать обмотки. Для этого включаем трансформатор, как показано на схеме, БЕЗ НАГРУЗКИ. К гнездам «Прибор» подключаем любой вольтметр переменного тока на 300 В и более, хотя бы тестер. Показывает меньше, чем в розетке? Меняем местами концы любой из обмоток. Стало больше, чем в розетке? Все, можно пользоваться. Потребителей включаем вместо измерительного прибора.

Нужно только поставить в цепь сети предохранитель – вдруг в розетке «зашкалит» (это может случиться, если на старой и плохо обслуживаемой подстанции испортится зануление), так пусть он сгорит, а не техника.

Подходящий трансформатор можно найти на «железном» или радиорынке, а то и у себя в кладовке. Не спутайте только с гасящим устройством для низковольтных электропаяльников – они выполнены на конденсаторах, и от них толку не будет, а будет авария.

Защита от перепадов напряжения

В городских условиях напряжение в сети, как правило, держится, но актуальной становится защита квартиры от перепадов напряжения. Вот тут пора вспомнить о чудесах электроники, поскольку «железно – проволочная» электротехника эффективных, простых и дешевых способов их сглаживания не знает.

Поспрашивайте в электро- и радиомагазинах автомат защиты от перепадов напряжения; их еще называют «барьер защитный». Как примерно такой выглядит, видно на иллюстрации. Современные устройства такого типа сравнительно недороги, компактны, их легко подключить и обслуживания в процессе эксплуатации они не требуют.

Простой защитный барьер для домашней электросети

Но не вспоминайте об автотрансформаторе на даче – защитный барьер лишь устраняет броски напряжения; все время держать напряжение в розетке при стабильно пониженном он не может. В качестве накопителей энергии в таких устройствах используются суперконденсаторы, а они хоть и «супер», но все же не электрогенераторы.

Как все-таки быть при нестабильном напряжении?

Бывает и так, что напряжение в сети резко колеблется – то меньше нормы, то больше. Это признак запущенного местного электрохозяйства: тронутых коррозией распределительных проводов в сочетании с плохим нулем на подстанции. Законные меры воздействия на энергетиков оставим юристам; данная же статья техническая, и нам нужно знать, как держать напряжение в норме.

Старый добрый стабилизатор напряжения для дачи вполне подойдет. Возможно, еще от дедушкина черно-белого телевизора, если хранился в подходящих условиях. Только нужно учесть, что наиболее употребительные феррорезонансные стабилизаторы могут давать очень короткие, в несколько миллисекунд, выбросы напряжения, а они могут повредить компьютерную технику, современный телевизор и вообще все, где используются импульсные блоки питания.

Поэтому после такого стабилизатора желательно включить описанный выше автотрансформатор, но с добавкой не 24, а 6-12 В. Напряжение в розетке будет в пределах нормы, а обмотки с большой индуктивностью на массивном железе автотрансформатора паразитные импульсы погасят.

В продаже на интернет-аукционах и с рук можно встретить старые промышленные магнитнокомпенсационные стабилизаторы, и вроде бы подходящей мощности: 1-10 кВт. Но ныне применение таких устройств запрещено. Они хорошо держат напряжение, но дают большую реактивную составляющую потребляемой мощности, очень вредную для управляемых электроникой энергосистем.

Энергетики, вооруженные ныне компьютерным мониторингом, засекают «реактивку» мгновенно, вычисляют источник абсолютно точно, а штрафные санкции (весьма внушительные) применяют охотно и без промедления.

В частном домовладении достаточно обеспеченного владельца радикальное средство стабилизации напряжения в домовой сети – электронный преобразователь напряжения с собственным накопителем энергии. По принципу действия это тот же компьютерный «бесперебойник» (UPS), но на мощность 3-10 кВт.

Стоят такие устройства весьма и весьма недешево (3-20 тыс. долл. США), но обеспечивают идеальное качество напряжения в сети и электропитание потребителей при ее пропадании. В отличие от компьютерных UPS, они, как правило, имеют интерфейс связи со снабженным собственной электроникой аварийным дизель-генератором, так что «движок» запускается не сразу при пропадании сети, а спустя некоторое время, или когда аккумулятор бесперебойника начинает садиться.

В заключение – важный момент. Человек, поверхностно знакомый с электротехникой, может «сообразить»: ага, компьютерный киловаттный UPS, стало быть, сможет держать утюг почаса-час, а телевизор или люстру – чуть ли не сутки, а стоит несколько сотен долларов. Поставлю-ка я такой на даче!

Неверно. Компьютерные UPS рассчитаны на кратковременное эпизодическое использование, потому и стоят в десятки раз дешевле ИБП общего назначения. При непрерывном использовании достаточно дорогостоящий прибор очень быстро окончательно выйдет из строя.

Как защитить домашнюю сеть Wi-Fi

В ваших домашних сетях может быть множество беспроводных устройств — от компьютеров и телефонов до IP-камер, голосовых помощников, умных телевизоров и подключенных устройств. Принятие некоторых основных мер по обеспечению безопасности домашней сети Wi-Fi поможет защитить ваши устройства от взлома, а вашу информацию — от кражи.

Как работает моя домашняя сеть Wi-Fi?

Ваша сеть Wi-Fi — это беспроводное подключение к Интернету в вашем доме.Обычно это беспроводной маршрутизатор, который отправляет сигнал по воздуху. Вы можете использовать этот сигнал для подключения к Интернету. Но если ваша сеть не защищена паролем, любое устройство в пределах досягаемости может получать сигнал из эфира и использовать ваше интернет-соединение.

Преимущества Wi-Fi? Вы можете подключиться к Интернету без проводов. Обратная сторона? Другие люди поблизости, которые подключаются к вашей незащищенной сети, могут видеть, что вы делаете в Интернете, включая вашу личную информацию. И если кто-то использует вашу сеть для совершения преступления или рассылки незаконного спама, эта деятельность может быть отслежена до вас.

Как защитить домашнюю сеть Wi-Fi?

Зашифруйте свою сеть. Шифрование шифрует информацию, отправляемую через вашу сеть. Это затрудняет другим людям возможность увидеть, что вы делаете, или получить вашу личную информацию. Вы шифруете свою сеть, просто обновляя настройки маршрутизатора до WPA3 Personal или WPA2 Personal. WPA3 — это более новое и лучшее шифрование из доступных, но оба они будут работать для шифрования вашей информации.

Старый маршрутизатор? На вашем маршрутизаторе нет опций WPA3 или WPA2? Старые маршрутизаторы используют WPA и WEP, которые устарели и не являются безопасными.Если это единственные перечисленные варианты, попробуйте обновить программное обеспечение маршрутизатора. Затем снова проверьте, доступны ли WPA2 или WPA3. Если это не так, рассмотрите возможность приобретения нового маршрутизатора для обеспечения безопасности вашей информации.

Измените предустановленные пароли маршрутизатора. Некоторые маршрутизаторы поставляются с предустановленными паролями. Но хакеры могут легко найти эти пароли, поэтому важно изменить их на что-то более сложное. На вашем маршрутизаторе есть два пароля, которые вам нужно сбросить.

1. Пароль сети Wi-Fi : этот пароль вы используете для подключения устройств к сети. Уникальный и безопасный пароль сети Wi-Fi предотвращает проникновение посторонних в вашу сеть.

2. Пароль администратора маршрутизатора : это тот, который позволяет вам войти в административную часть устройства. Там вы можете делать такие вещи, как изменять настройки (включая пароль сети Wi-Fi). Если хакеру удалось войти в административную часть вашего маршрутизатора, хакер может изменить настройки (включая ваш пароль Wi-Fi).Это отменит любые другие меры безопасности, которые вы можете предпринять.

Чтобы найти инструкции по изменению пароля администратора и сетевого пароля маршрутизатора, сначала найдите имя производителя маршрутизатора. Затем зайдите в Интернет и найдите «как изменить пароль администратора [производителя маршрутизатора]» и «как изменить пароль сети Wi-Fi [производителя маршрутизатора]». Все еще есть проблемы? Свяжитесь напрямую с производителем.

Обновляйте маршрутизатор. Перед установкой нового маршрутизатора или обновлением существующего посетите веб-сайт производителя, чтобы узнать, доступна ли для загрузки более новая версия программного обеспечения.Чтобы быть в курсе последних версий, зарегистрируйте маршрутизатор у производителя и подпишитесь на получение обновлений. Если вы получили маршрутизатор от своего интернет-провайдера (ISP), такого как Verizon или Comcast, узнайте у своего интернет-провайдера, рассылает ли он автоматические обновления.

Отключите функции «удаленного управления», WPS и Universal Plug and Play (UPnP). Некоторые маршрутизаторы имеют функции, которые могут быть удобными, но снижают безопасность вашей сети. Например, удаленный доступ к элементам управления вашего маршрутизатора позволяет вам изменять настройки через Интернет.WPS позволяет вам нажать кнопку на маршрутизаторе для подключения устройства к Интернету вместо ввода сетевого пароля. Наконец, UPnP позволяет вашим устройствам находить друг друга в сети. Эти функции могут упростить, например, добавление устройств в вашу сеть или позволить гостям использовать ваш Wi-Fi, но они могут сделать вашу сеть менее безопасной.

Настройка гостевой сети. Многие маршрутизаторы позволяют настроить гостевую сеть с другим именем и паролем. Это хорошая мера безопасности по двум причинам:

  1. Наличие отдельного входа означает, что меньше людей знают ваш основной пароль сети Wi-Fi, а
  2. Если на телефоне или планшете гостя (по незнанию) установлено вредоносное ПО, оно не попадет в вашу основную сеть и на ваши устройства.

Выйдите из системы как администратор. После настройки маршрутизатора или изменения настроек не забудьте выйти из системы как администратор. Когда вы вошли в систему как администратор, вы можете изменять пароли и иным образом управлять настройками, которые контролируют безопасность вашей сети. Если хакер проник в вашу учетную запись администратора, он может легко проникнуть в вашу сеть и устройства.

Защитите свои устройства. Точно так же, как хакеры могут получить доступ к вашим данным через незащищенные сети, они также могут получить доступ к вашей сети через незащищенные устройства.Чтобы найти советы по блокировке устройств, прочтите статью о обеспечении безопасности ваших устройств.

Покрытие торговой площадки и коронавирус | HealthCare.gov

Начать выделенный текст

Все еще нужна медицинская страховка?

Вы можете получить медицинскую страховку до конца года, если соответствуете требованиям:

Конец выделенного текста

Если у вас уже есть покрытие через Marketplace, правила вашего плана медицинского страхования Marketplace для экстренного лечения коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) остаются такими же, как и для любой другой вирусной инфекции, но ваша медицинская страховая компания может иметь дополнительные льготы.

  • Узнайте, что покрывают планы Marketplace. Все планы Marketplace покрывают лечение ранее существовавших заболеваний и не могут быть прекращены из-за изменения состояния здоровья, включая диагностику или лечение COVID-19.
  • Обратитесь в свою медицинскую страховую компанию, чтобы узнать об их конкретных льготах и ​​политике покрытия.
  • Войдите в систему, чтобы обновить приложение Marketplace, если COVID-19 повлияет на ваш доход или домохозяйство. Вы можете изменить свой план в определенных ситуациях.

Вакцины против COVID-19

Начать выделенный текст

Вакцины для профилактики COVID-19:

  • Безопасный и эффективный
  • Бесплатно для всех, кто проживает в США, независимо от иммиграционного статуса или статуса медицинского страхования
  • Широко доступно — любой человек в возрасте 5 лет и старше может получить вакцину против COVID-19 и любой человек в возрасте 12 лет и старше может получить ревакцинацию против COVID-19
Конец выделенного текста

Все планы Marketplace покрывают:

  • Ваши первоначальные первичные вакцины против COVID-19 из одной из следующих серий вакцин:
    • 2 дозы Pfizer для всех лиц в возрасте 5 лет и старше (если ваша первая прививка — Pfizer, ваша вторая прививка также должна быть от Pfizer.)
    • 2 порции Moderna для взрослых от 18 лет и старше (если ваша первая порция Moderna, ваша вторая порция также должна быть Moderna.)
    • 1 инъекция Johnson & Johnson/Janssen для взрослых в возрасте 18 лет и старше
  • Дополнительная первичная прививка (также называемая «третьей дозой») вакцины против COVID-19 Pfizer или Moderna через 28 дней после второй прививки риск инфекций и других заболеваний). Примечание: Дополнительная третья доза отличается от бустерной дозы. Не смешивайте вакцины, если вы имеете право на третью дозу из-за ослабленного иммунитета. Если ваши первые две дозы были Pfizer, ваша третья доза также должна быть Pfizer. Если ваши первые две дозы были Moderna, ваша третья доза также должна быть Moderna. Узнайте больше о третьих дозах, если у вас ослаблен иммунитет, на сайте CDC.gov.
  • Вакцина против COVID-19 Ревакцинация .
    • Взрослые в возрасте 18 лет и старше могут получить бустерную дозу той же серии вакцин против COVID-19, которую вы получили изначально, или выбрать другую.
    • Подростки в возрасте 12–17 лет могут получить только бустер Pfizer COVID-19.
    • Если вы получили вакцину Pfizer или Moderna COVID-19: вам следует сделать повторную прививку через 5 месяцев после того, как вы закончите вторую дозу.
    • Если вы получили вакцину Johnson & Johnson/Janssen COVID-19: вам следует сделать повторную прививку через 2 месяца после первой прививки.
  • вторая вакцина против COVID-19 ревакцинация .
    • Взрослые в возрасте 50 лет и старше , получившие первую повторную прививку вакцины Pfizer, Moderna или Johnson & Johnson/Janssen COVID-19 не менее 4 месяцев назад, могут получить вторую повторную прививку вакцины Pfizer или Moderna COVID-19.
    • Взрослые с ослабленным иммунитетом от умеренной до тяжелой степени (например, после трансплантации паренхиматозных органов), получившие первоначальную повторную прививку вакцины против COVID-19 Pfizer, Moderna или Johnsons & Johnson/Janssen не менее 4 месяцев назад, могут получить вторую повторную прививку Pfizer или вакцина Moderna COVID-19.
    • Подростки в возрасте 12–17 лет с ослабленным иммунитетом от умеренной до тяжелой степени (например, после трансплантации паренхиматозных органов), получившие первую повторную прививку вакцины Pfizer против COVID-19 не менее 4 месяцев назад, могут получить вторую повторную прививку вакцины Pfizer против COVID-19 .
    • Взрослые, получившие первоначальную первичную и первоначальную повторную прививку вакцины Johnsons & Johnson/Janssen COVID-19 не менее 4 месяцев назад, могут получить вторую повторную прививку вакцины Pfizer или Moderna COVID-19.

Узнайте больше о дополнительных прививках на сайте CDC.gov.

Если вы заплатили за вакцину против COVID-19

Когда вы получаете вакцину против COVID-19, ваш врач не может взимать с вас плату за посещение офиса или другую плату, если вакцина является единственной медицинской услугой, которую вы получаете. Если вы получаете другие медицинские услуги одновременно с вакциной против COVID-19, вам может потребоваться доплата или франшиза за эти услуги.

Если вы заплатили или получили счет за вакцину против COVID-19, проверьте этот список, чтобы узнать, должен ли ваш врач выставить вам счет:

  • Проверьте квитанции и выписки, которые вы получаете от своего поставщика медицинских услуг, на наличие ошибок.
  • Позвоните в офис вашего поставщика услуг, чтобы узнать о любых платежах, которые вы считаете неправильными. Человек, с которым вы разговариваете, может помочь вам лучше понять, какие услуги вы получили, или понять, что он допустил ошибку при выставлении счета.
  • Просмотрите свое «Объяснение льгот». Сообщите обо всем подозрительном своему страховщику.

Если вы считаете, что ваш врач неправильно выставил вам счет за вакцину против COVID-19, попросите его вернуть деньги. Если вы считаете, что ваш врач взимал с вас плату за посещение офиса или другую плату, но единственной услугой, которую вы получили, была вакцина против COVID-19, сообщите об этом в Управление Генерального инспектора, США.S. Департамент здравоохранения и социальных служб, позвонив по телефону 1-800-HHS-TIPS или посетив сайт TIPS.HHS.GOV.

Диагностическое тестирование на COVID-19

Начните выделенный текст

Получите бесплатные тесты на COVID-19 с доставкой на дом

Каждая семья в США может бесплатно получить 4 бесплатных теста на COVID-19 на дом.

  • Вы можете пройти эти экспресс-тесты в любом месте и получить результаты в течение 30 минут.
  • Заказы обычно доставляются в течение 7-12 дней.

Защитите себя от мошенников.Не сообщайте свою личную или финансовую информацию, если кто-то звонит вам и обещает бесплатные тесты на дому.

Конец выделенного текста

Все планы медицинского страхования Marketplace покрывают диагностические тесты на COVID-19, которые проводятся в кабинете врача или другого поставщика медицинских услуг в сети вашего плана, даже если у вас нет симптомов или вы не знаете, подверглись ли вы воздействию COVID-19. . Например, если вы хотите убедиться, что у вас отрицательный результат на COVID-19, прежде чем посетить члена семьи, вы ничего не платите за тестирование.

Начиная с 15 января ваш план Marketplace покрывает домашние тесты на COVID-19, которые вы покупаете в Интернете, в аптеке или магазине.

  • Вы можете покупать до 8 безрецептурных тестов в месяц для каждого участника вашего плана Marketplace. Например, если у вас есть 4 члена семьи в одном и том же плане, вы можете проходить 32 теста каждый месяц. Примечание. Планы Marketplace распространяются только на домашние безрецептурные тесты на COVID-19, которые имеют разрешение, разрешение или одобрение FDA.
  • Ваш тарифный план Marketplace будет:
    • Внесите предоплату при покупке теста у сетевого поставщика
    • Возместим вам стоимость после того, как вы подадите претензию.Если вы покупаете тест у поставщика, не входящего в сеть вашего плана, ваш план возместит вам до 12 долларов США (или стоимость теста, если она меньше 12 долларов США).

Для получения более подробной информации позвоните в свой план медицинского страхования.

Если вам нужна медицинская помощь

Позвоните, прежде чем идти к врачу. Многие обычные визиты к врачу откладываются или проводятся онлайн или по телефону. Вам могут быть доступны услуги телемедицины для неэкстренной помощи и помощи, не связанной с COVID-19.

Если вы должны посетить лично, вас могут попросить сделать следующее, чтобы снизить риск заражения и защитить других:

  • Подождите в машине до начала визита
  • Использовать ограниченный вход
  • Пройдите обследование на COVID-19, проверив температуру
  • Избегайте залов ожидания и зон
  • Соблюдайте социальную дистанцию ​​
  • Носите маску для лица, которую вам предоставят, если у вас нет собственной
  • Мойте руки или используйте дезинфицирующее средство для рук

Если вы заболели COVID-19 или подозреваете, что можете им заболеть, посетите CDC.gov для принятия мер по предотвращению распространения. Если вам нужна неотложная помощь, вам следует обратиться в ближайшую больницу, которая может вам помочь.

Если вы потеряли работу или сократили рабочее время

Вы можете претендовать на специальный период регистрации, если в вашей жизни произойдут определенные изменения, например:

  • Вы потеряли медицинскую страховку через своего работодателя за последние 60 дней
  • Вы потеряли медицинскую страховку через работодателя члена семьи за последние 60 дней
  • Вы ожидаете, что потеряете страховое покрытие в течение следующих 60 дней (например, если вы потеряете медицинское страхование через родителя или опекуна, потому что вы больше не являетесь иждивенцем).

Примечание: Если вы потеряли покрытие или изменили свою жизнь более 60 дней назад, вы можете претендовать на специальный период регистрации, если ранее вы имели право на специальный период регистрации, но вы пропустили 60-дневный крайний срок для регистрации, потому что на вас повлияло чрезвычайное положение в стране, связанное с COVID-19. Добровольный отказ от страхового покрытия не дает вам права на специальный период регистрации, если у вас также не было снижения дохода семьи или изменения в вашем предыдущем страховом покрытии, которое дало вам право на экономию на плане Marketplace.

  • Если ваш работодатель сократил ваше рабочее время и вы зарегистрированы в плане Marketplace: Немедленно обновите свое заявление в течение 30 дней , чтобы сообщать о любых изменениях дохода семьи. Вы можете претендовать на большую экономию, чем сейчас. Узнайте, как сообщать об изменениях и оценивать свой доход.
  • Если вы были уволены: В некоторых случаях, в зависимости от статуса вашего медицинского страхования от вашего работодателя, вы можете иметь право на специальный период регистрации.Вы также можете иметь право на получение налогового кредита премиум-класса для оплаты страхового покрытия Marketplace. Создайте учетную запись или войдите в систему, чтобы запустить приложение Marketplace и узнать, соответствуете ли вы требованиям.
  • Нужна помощь в оценке вашего дохода? Используйте этот калькулятор дохода, чтобы сделать наилучшую оценку.
  • Если вы имеете право на продление покрытия COBRA:

    • Если вы имеете право на продление страхового покрытия COBRA после того, как потеряли страховое покрытие по месту работы, вы все равно можете претендовать на специальный период регистрации из-за потери страхового покрытия.У вас есть 60 дней после потери страхового покрытия на рабочем месте, чтобы зарегистрироваться в страховом покрытии Marketplace. Вы также можете претендовать на льготный налоговый вычет, если вы прекратите свое продленное покрытие COBRA или если вы не приняли его с самого начала.
    • Если вы зарегистрированы в программе продления покрытия COBRA, вы можете иметь право на специальный период регистрации, если ваши расходы на продление покрытия COBRA изменятся, потому что ваш бывший работодатель перестанет вносить взносы, и вам придется оплачивать полную стоимость, или если вы получаете премиальную помощь для оплаты вашего Страховые взносы COBRA и ваша премиальная помощь прекращаются.Узнайте больше о продолжении покрытия COBRA и Marketplace.
  • Если вы потеряли работу, но не лишились медицинской страховки, потому что ваша прежняя работа не предусматривала страхового покрытия: Как правило, вы не имеете права на специальный период регистрации. Сама по себе потеря работы (или изменение дохода) не дает вам права на специальный период регистрации для регистрации в страховом покрытии Marketplace.

Даты начала покрытия со специальным периодом регистрации в связи с потерей покрытия

  • Если вы уже потеряли страховое покрытие, ваше страховое покрытие Marketplace может начаться в первый день месяца после подачи заявки и регистрации.
  • Если вы знаете, что потеряете страховое покрытие в течение следующих 60 дней, , вы можете подать заявку на сайте HealthCare.gov до того, как вы действительно потеряете страховое покрытие, чтобы убедиться, что в страховом покрытии нет пробелов. Например, если вы знаете, что потеряете страховое покрытие 30 августа, и подали заявку на участие в плане Marketplace 10 августа, ваше новое страховое покрытие начнется 1 сентября.

Если вы не можете платить страховые взносы из-за трудностей, связанных с COVID-19

  • Обратитесь в свою страховую компанию на предмет продления срока выплаты страховых взносов или узнайте, не отсрочат ли они прекращение вашего страхового покрытия, если вы не сможете оплатить страховые взносы.
  • Если доход вашей семьи изменился, немедленно обновите свое заявление. Вы могли бы претендовать на большую экономию, чем вы получаете сейчас.
  • Если вы получаете финансовую помощь для оплаты страховых взносов Marketplace, у вас есть трехмесячный льготный период, чтобы погасить страховые взносы, чтобы избежать прекращения действия страхового покрытия за неуплату. В большинстве случаев, если вы не получаете финансовую помощь со своими страховыми взносами, у вас есть льготный период, определенный законом штата (часто один месяц).

Если вы зарегистрированы в плане Marketplace и ваш доход изменился

Если вы зарегистрированы в плане Marketplace и доход вашей семьи изменился, немедленно обновите заявку.Если ваш доход снижается или у вас появляется член семьи:

  • Вы можете претендовать на большую экономию, чем сейчас. Это может снизить размер ежемесячных страховых взносов.
  • Вы можете претендовать на бесплатную или недорогую страховку через Medicaid или Программу медицинского страхования детей (CHIP).
  • Нужна помощь в оценке вашего нового дохода? Воспользуйтесь нашим калькулятором дохода, чтобы сделать наилучшую оценку.

Если ваш ребенок больше не живет с вами после того, как колледж отправил его домой досрочно или из-за смены места жительства в колледже

Если вы планируете заявить, что ваш ребенок является налогоплательщиком, зависящим от вашей федеральной налоговой декларации, и в настоящее время у вас есть сбережения Marketplace с вашим страховым покрытием, вы можете оставить своего ребенка в своем приложении Marketplace.Прочтите документы о страховом покрытии плана и внимательно изучите сеть поставщиков, чтобы знать, как план покрывает расходы, предоставляемые в том штате, в котором ваш ребенок ходит в школу.

  • Когда ваш ребенок переезжает в или из места, где он живет и ходит в школу, он может иметь право на специальный период регистрации, позволяющий ему зарегистрироваться вне ежегодного открытого периода регистрации, если он:
    • Вы по-прежнему зарегистрированы в плане медицинского обслуживания учащихся, но покрытие и льготы не распространяются на ваш район, или если переезд вашего ребенка означает, что он переехал в новый почтовый индекс или округ.
    • Имели соответствующее медицинское страхование или проживали в другой стране или на территории США в течение как минимум одного из 60 дней до даты переезда. Примечание: Это требование не распространяется на членов признанного на федеральном уровне племени или акционеров корпораций коренных жителей Аляски.
  • Если вашему ребенку меньше 26 лет, а вы уже зарегистрированы в страховом покрытии Marketplace, возможно, вы сможете добавить своего ребенка в свой план.
    • Если у вас есть страховка Marketplace со сбережениями и вы не планируете заявить, что ваш ребенок является налогоплательщиком, зависящим от вашей федеральной налоговой декларации, ваш ребенок должен создать свою собственную учетную запись Marketplace и подать отдельное заявление.
    • Если вы планируете объявить своего ребенка налогом, зависящим от вашей федеральной налоговой декларации, и у вас в настоящее время есть сбережения Marketplace с вашим страховым покрытием, вы можете обновить свое приложение Marketplace и добавить своего ребенка.
    • Если у вас есть покрытие Marketplace без запроса экономии, вы можете поместить всех в одно приложение.

Примечание: Если вы измените планы или добавите нового члена семьи, любые наличные расходы, которые вы уже оплатили по текущему плану Marketplace на 2022 год, вероятно, не будут учитываться в вашей новой франшизе, даже если вы останетесь с прежним планом. страховая компания.Позвоните в свою страховую компанию перед изменением плана или добавлением нового члена семьи, чтобы узнать, нужно ли вам начинать все сначала, чтобы выполнить франшизу вашего нового плана.

Если у вас есть ограниченная программа Medicaid, которая покрывает только диагностическое тестирование на COVID-19

В некоторых штатах Medicaid может покрывать расходы на тестирование на COVID-19, если у вас нет другой медицинской страховки и вы не имеете права на полное покрытие Medicaid или Программы медицинского страхования детей (CHIP). Эта ограниченная льгота Medicaid распространяется только на тестирование на COVID и не распространяется на какие-либо другие медицинские льготы и услуги.Это не считается наличием соответствующего медицинского страхования.

  • При ограниченном страховом покрытии вы можете заполнить заявку Marketplace, чтобы узнать, имеете ли вы право на полное покрытие, включая тестирование на COVID-19, через Medicaid, CHIP или Marketplace со сбережениями в зависимости от вашего дохода. Когда вы подаете заявление, не говорите нам, что у вас есть Medicaid.
  • Если вы зарегистрируетесь в страховом покрытии Marketplace и имеете право на помощь в оплате этого покрытия, уведомите свое агентство Medicaid штата об этом новом страховом покрытии.
  • Примечание: Если ваше покрытие Medicaid для тестирования на COVID-19 заканчивается после окончания ежегодного Периода открытой регистрации, вы не сможете зарегистрироваться в плане медицинского страхования Marketplace, если только у вас не было другого события в жизни, которое дает вам право на Специальный период регистрации, поскольку ограниченная программа Medicaid не считается правомочным медицинским страхованием.

При заполнении заявки на Marketplace, если ваше покрытие заканчивается только страхованием Medicaid для тестирования на COVID-19, не говорите нам:

  • Недавно в вашем штате было признано, что вы не имеете права на участие в программе Medicaid или CHIP.
  • Вы теряете или недавно потеряли Medicaid.
  • Ваше текущее покрытие заканчивается.

Узнать больше о:

Для получения последней информации о COVID-19

  • CDC.gov/coronavirus содержит самую свежую информацию о здравоохранении и безопасности от CDC и для всеобъемлющего сообщества врачей и поставщиков медицинских услуг о COVID-19.
  • USA.gov/coronavirus, чтобы узнать, что делает правительство США в ответ на COVID-19.

Методы анализа сигналов ЭМГ: обнаружение, обработка, классификация и применение

Abstract

Сигналы электромиографии (ЭМГ) могут использоваться для клинических/биомедицинских приложений, разработки Evolvable Hardware Chip (EHW) и современного взаимодействия человека с компьютером.Сигналы ЭМГ, полученные от мышц, требуют передовых методов обнаружения, разложения, обработки и классификации. Цель этой статьи — проиллюстрировать различные методологии и алгоритмы анализа сигнала ЭМГ, чтобы обеспечить эффективные и действенные способы понимания сигнала и его природы. Далее мы указываем на некоторые аппаратные реализации, использующие ЭМГ, с упором на приложения, связанные с управлением протезом руки, распознаванием захвата и взаимодействием человека с компьютером. Также дается сравнительное исследование, чтобы показать эффективность различных методов анализа сигнала ЭМГ.Эта статья дает исследователям хорошее представление о сигнале ЭМГ и процедурах его анализа. Эти знания помогут им разрабатывать более мощные, гибкие и эффективные приложения.

Ключевые слова: Электромиография, анализ Фурье, мышцы, нервная система

Введение

Биомедицинский сигнал означает коллективный электрический сигнал, полученный от любого органа, который представляет интересующую физическую переменную. Этот сигнал обычно является функцией времени и может быть описан с точки зрения его амплитуды, частоты и фазы.Сигнал ЭМГ представляет собой биомедицинский сигнал, который измеряет электрические токи, генерируемые в мышцах во время их сокращения, представляющие нервно-мышечную активность. Нервная система всегда контролирует мышечную активность (сокращение/расслабление). Следовательно, сигнал ЭМГ представляет собой сложный сигнал, который контролируется нервной системой и зависит от анатомо-физиологических свойств мышц. Сигнал ЭМГ зашумляется при прохождении через разные ткани. Кроме того, детектор ЭМГ, особенно если он находится на поверхности кожи, одновременно собирает сигналы от различных двигательных единиц, что может генерировать взаимодействие различных сигналов.Обнаружение сигналов ЭМГ с помощью мощных и передовых методологий становится очень важным требованием в биомедицинской инженерии. Основная причина интереса к анализу сигналов ЭМГ связана с клинической диагностикой и биомедицинскими приложениями. Область управления и реабилитации двигательной инвалидности определена как одна из важных областей применения. Формы и частота возбуждения потенциалов действия двигательных единиц (ДПД) в сигналах ЭМГ являются важным источником информации для диагностики нервно-мышечных расстройств.Как только соответствующие алгоритмы и методы анализа сигнала ЭМГ будут легко доступны, можно будет правильно понять природу и характеристики сигнала, а аппаратные реализации могут быть выполнены для различных приложений, связанных с сигналом ЭМГ.

До сих пор в этой области были предприняты исследования и обширные усилия по разработке более совершенных алгоритмов, обновлению существующих методологий, улучшению методов обнаружения для уменьшения шума и получения точных сигналов ЭМГ. Было сделано несколько аппаратных реализаций для управления протезом руки, распознавания захвата и взаимодействия человека с машиной.Весьма важно провести исследование для классификации актуальных проблем анализа сигналов ЭМГ и обоснования принимаемых мер.

Технология записи ЭМГ относительно новая. По-прежнему существуют ограничения в обнаружении и характеристике существующих нелинейностей в сигнале поверхностной электромиографии (пЭМГ, специальный метод изучения мышечных сигналов), оценке фазы, получении точной информации за счет отклонения от нормальности (1, 2) Традиционные алгоритмы реконструкции системы имеют различные ограничения и значительную вычислительную сложность, и многие из них демонстрируют высокую дисперсию (1).Недавние достижения в области технологий обработки сигналов и математических моделей сделали практичным разработку передовых методов обнаружения и анализа ЭМГ. Различные математические методы и искусственный интеллект (ИИ) получили широкое распространение. Математические модели включают вейвлет-преобразование, частотно-временные подходы, преобразование Фурье, распределение Вигнера-Вилля (WVD), статистические меры и статистику более высокого порядка. Подходы ИИ к распознаванию сигналов включают искусственные нейронные сети (ИНС), динамические рекуррентные нейронные сети (ДРНС) и систему нечеткой логики.Генетический алгоритм (ГА) также применялся в развиваемом аппаратном чипе для сопоставления входных сигналов ЭМГ с желаемыми действиями рук.

Вейвлет-преобразование хорошо подходит для нестационарных сигналов, таких как ЭМГ. Частотно-временной подход с использованием аппаратного WVD может позволить создать инструмент в реальном времени, который можно использовать для тренировки конкретных двигательных единиц в ситуациях биологической обратной связи. Статистические методы более высокого порядка (HOS) могут использоваться для анализа сигнала ЭМГ из-за уникальных свойств HOS, применяемых к случайным временным рядам.Преимущество биспектра или спектра третьего порядка заключается в подавлении гауссова шума.

В этой статье сначала дается краткое объяснение сигнала ЭМГ и краткая историческая справка об анализе сигнала ЭМГ. Затем следует выделение современных методов обнаружения, разложения, обработки и классификации сигнала ЭМГ, а также сравнительное исследование. Наконец, были обсуждены некоторые аппаратные реализации и приложения EMG.

Материалы и методы

ЭМГ: анатомо-физиологические основы

ЭМГ расшифровывается как электромиография.Это изучение электрических сигналов мышц. ЭМГ иногда называют миоэлектрической активностью. Мышечная ткань проводит электрические потенциалы подобно тому, как это делают нервы, и название, данное этим электрическим сигналам, — потенциал действия мышцы. Поверхностная ЭМГ — это метод записи информации, присутствующей в этих потенциалах действия мышц. При обнаружении и записи сигнала ЭМГ возникают две основные проблемы, влияющие на достоверность сигнала. Во-первых, отношение сигнал/шум.То есть отношение энергии в сигналах ЭМГ к энергии в шумовом сигнале. В общем, шум определяется как электрические сигналы, которые не являются частью полезного сигнала ЭМГ. Другой проблемой является искажение сигнала, что означает, что относительный вклад любого частотного компонента в сигнал ЭМГ не должен изменяться. Для получения мышечного сигнала использовались два типа электродов: инвазивный электрод и неинвазивный электрод. Когда ЭМГ регистрируется с электродов, закрепленных непосредственно на коже, сигнал представляет собой совокупность всех потенциалов действия мышечных волокон, возникающих в мышцах, лежащих под кожей.Эти потенциалы действия возникают через случайные промежутки времени. Таким образом, в любой момент сигнал ЭМГ может быть как положительным, так и отрицательным напряжением. Потенциалы действия отдельных мышечных волокон иногда регистрируются с помощью проволочных или игольчатых электродов, помещаемых непосредственно в мышцу. Комбинация потенциалов действия мышечных волокон от всех мышечных волокон одной двигательной единицы представляет собой потенциал действия двигательной единицы (ПДЕ), который можно обнаружить с помощью кожного поверхностного электрода (неинвазивного), расположенного рядом с этим полем, или с помощью иглы. электрод (инвазивный), введенный в мышцу (3).Уравнение 1 показывает простую модель сигнала ЭМГ:

где, x(n) , смоделированный сигнал ЭМГ, e(n) , обработанная точка, представляет пусковой импульс, h(r) , представляет MUAP, w(n) , нулевое среднее значение вызывающий привыкание белый гауссовский шум, а N — количество срабатываний двигательных единиц.

Сигнал улавливается электродом и усиливается. Обычно в качестве усилителя первого каскада используется дифференциальный усилитель.Могут последовать дополнительные этапы амплификации. Перед отображением или сохранением сигнал может быть обработан для устранения низкочастотного или высокочастотного шума или других возможных артефактов. Часто пользователя интересует амплитуда сигнала. Следовательно, сигнал часто выпрямляется и усредняется в каком-либо формате для отображения амплитуды ЭМГ.

Нервная система является системой управления и связи тела. Эта система состоит из большого количества возбудимых связанных клеток, называемых нейронами, которые сообщаются с различными частями тела с помощью быстрых и специфических электрических сигналов.Нервная система состоит из трех основных частей: головного мозга, спинного мозга и периферических нервов. Нейроны являются основной структурной единицей нервной системы и значительно различаются по размеру и форме. Нейроны — это узкоспециализированные клетки, проводящие сообщения в виде нервных импульсов от одной части тела к другой.

Мышца состоит из пучков специализированных клеток, способных сокращаться и расслабляться. Основная функция этих специализированных клеток состоит в том, чтобы генерировать силы, движения и способность к общению, например, речи или письму или другим способам выражения.Мышечная ткань обладает растяжимостью и эластичностью. Он обладает способностью получать и реагировать на раздражители и может укорачиваться или сокращаться. Мышечная ткань выполняет четыре ключевые функции: создание движения, перемещение вещества внутри тела, обеспечение стабилизации и выработка тепла. На основе структуры, сократительных свойств и механизмов контроля можно выделить три типа мышечной ткани: (i) скелетные мышцы, (ii) гладкие мышцы и (iii) сердечные мышцы. ЭМГ применяется для исследования скелетных мышц.Скелетная мышечная ткань прикреплена к кости, и ее сокращение отвечает за поддержку и движение скелета. Сокращение скелетных мышц инициируется импульсами нейронов к мышце и обычно находится под произвольным контролем. Скелетные мышечные волокна хорошо снабжены нейронами для их сокращения. Этот конкретный тип нейрона называется «мотонейроном», и он близко подходит к мышечной ткани, но на самом деле не связан с ней. Один мотонейрон обычно обеспечивает стимуляцию многих мышечных волокон.

Человеческое тело в целом электрически нейтрально; он имеет одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Но в состоянии покоя мембрана нервной клетки поляризована из-за различий в концентрациях и ионном составе на плазматической мембране. Между внутриклеточной и внеклеточной жидкостями клетки существует разность потенциалов. В ответ на стимул от нейрона мышечное волокно деполяризуется, поскольку сигнал распространяется по его поверхности, и волокно дергается.Эта деполяризация, сопровождаемая движением ионов, создает электрическое поле вблизи каждого мышечного волокна. Сигнал ЭМГ представляет собой серию потенциалов действия двигательных единиц (ПНД), показывающую мышечный ответ на нервную стимуляцию. Сигнал ЭМГ выглядит случайным по своей природе и обычно моделируется как отфильтрованный импульсный процесс, где фильтром является ПДА, а импульсный процесс обозначает нейронные импульсы, часто моделируемые как процесс Пуассона (3). На рисунке показан процесс получения сигнала ЭМГ и его разложение для достижения ПДЕ.

Сигнал ЭМГ и разложение ПДЕ.

ЭМГ: история

Разработка ЭМГ началась с документации Франческо Реди в 1666 году. В документе сообщается, что высокоспециализированные мышцы электрического ската вырабатывают электричество (3). К 1773 году Уолш смог продемонстрировать, что мышечная ткань рыбы-угря может генерировать электрическую искру. В 1792 году появилось издание под названием «De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius», написанное А.Гальвани, где автор показал, что электричество может инициировать мышечные сокращения (4). Шестьдесят лет спустя, в 1849 году, Дюбиос-Раймонд обнаружил, что во время произвольного сокращения мышц также можно регистрировать электрическую активность. Первая запись этой активности была сделана Мареем в 1890 г., который также ввел термин электромиография (5). В 1922 году Гассер и Эрлангер использовали осциллограф для отображения электрических сигналов от мышц. Из-за стохастической природы миоэлектрического сигнала при его наблюдении можно было получить лишь приблизительную информацию.Способность обнаруживать электромиографические сигналы неуклонно улучшалась с 1930-х по 1950-е годы, и исследователи начали более широко использовать улучшенные электроды для изучения мышц (1). Клиническое использование поверхностной ЭМГ для лечения более специфических заболеваний началось в 1960-х годах. Хардик и его исследователи были первыми (1966 г.) практикующими врачами, которые использовали сЭМГ (5). В начале 1980-х Cram и Steger представили клинический метод сканирования различных мышц с использованием устройства для измерения ЭМГ (5).

Только в середине 1980-х годов методы интеграции в электроды были достаточно развиты, чтобы позволить серийное производство необходимых небольших и легких приборов и усилителей. В настоящее время в продаже имеется ряд подходящих усилителей. В начале 1980-х стали доступны кабели, которые создают артефакты в желаемом диапазоне микровольт. В течение последних 15 лет исследования привели к лучшему пониманию свойств записи поверхностной ЭМГ.В последние годы поверхностная электромиография все чаще используется для записи поверхностных мышц в клинических протоколах, где внутримышечные электроды используются только для глубоких мышц (2, 4).

Существует множество приложений для использования ЭМГ. ЭМГ используется клинически для диагностики неврологических и нервно-мышечных проблем. Он используется в диагностических целях лабораториями походки и клиницистами, обученными использованию биологической обратной связи или эргономической оценки. ЭМГ также используется во многих исследовательских лабораториях, в том числе в тех, которые занимаются биомеханикой, моторным контролем, нервно-мышечной физиологией, двигательными нарушениями, постуральным контролем и физиотерапией.

Электрические помехи и факторы, влияющие на сигнал ЭМГ

Диапазон амплитуд сигнала ЭМГ составляет 0-10 мВ (от +5 до -5) до усиления. Сигналы ЭМГ приобретают шум при прохождении через разные ткани. Важно понимать характеристики электрического шума. Электрические помехи, которые влияют на сигналы ЭМГ, можно разделить на следующие типы:

  1. Собственный шум электронного оборудования : Все электронное оборудование создает шум.Этот шум невозможно устранить; использование высококачественных электронных компонентов может только уменьшить его.

  2. Окружающий шум: Электромагнитное излучение является источником такого рода шума. Поверхности наших тел постоянно залиты электромагнитным излучением, и избежать его воздействия на поверхности земли практически невозможно. Окружающий шум может иметь амплитуду, которая на один-три порядка больше, чем сигнал ЭМГ.

  3. Артефакт движения: Когда в систему вводится артефакт движения, информация искажается. Артефакт движения вызывает неравномерность данных. Существует два основных источника артефактов движения: 1) интерфейс электрода и 2) кабель электрода. Артефакт движения можно уменьшить за счет правильного проектирования электронных схем и настройки.

  4. Врожденная нестабильность сигнала : Амплитуда ЭМГ носит случайный характер.На сигнал ЭМГ влияет частота импульсации двигательных единиц, которые в большинстве случаев активируются в диапазоне частот от 0 до 20 Гц. Этот вид шума считается нежелательным, и удаление шума имеет важное значение.

Также можно классифицировать факторы, в основном влияющие на сигнал ЭМГ. Этот тип классификации установлен для того, чтобы алгоритмы анализа сигналов ЭМГ можно было оптимизировать, а оборудование можно было разработать согласованным образом. Факторы, влияющие на сигнал ЭМГ, делятся на три основные категории:

  1. Причинные факторы: Это прямое влияние на сигналы.Причинные факторы можно разделить на два класса:

    1. Extrinsic : Это связано со структурой и расположением электрода. Такие факторы, как площадь поверхности обнаружения, форма электрода, расстояние между поверхностью обнаружения электрода, расположение электрода относительно двигательных точек в мышце, расположение мышечного электрода на поверхности мышцы относительно латерального края мышцы, Ориентация поверхностей обнаружения по отношению к мышечным волокнам в основном влияет на сигнал ЭМГ.

    2. Внутренний : Физиологические, анатомические, биохимические факторы зависят от количества активных двигательных единиц, состава типов волокон, кровотока, диаметра волокон, глубины и расположения активных волокон и количества ткани между поверхностью мышцы и электродом.

  2. Промежуточные факторы: Промежуточные факторы — это физические и физиологические явления, на которые влияет один или несколько причинных факторов.Причинами этого могут быть аспекты полосовой фильтрации только электрода с его объемом обнаружения, наложение потенциалов действия в обнаруженном сигнале ЭМГ, скорость проведения потенциала действия, который распространяется вдоль мембраны мышечного волокна. Даже перекрестные помехи от близлежащих мышц могут вызывать промежуточные факторы.

  3. Детерминированные факторы : на них влияют промежуточные факторы. Количество активных двигательных единиц, частота двигательных импульсов и механическое взаимодействие между мышечными волокнами имеют прямое отношение к информации в сигнале ЭМГ и регистрируемой силе.Амплитуда, продолжительность и форма потенциала действия двигательной единицы также могут быть ответственными.

Максимизировать качество сигнала ЭМГ можно следующими способами:

  1. Отношение сигнал/шум должно содержать максимально возможное количество информации из сигнала ЭМГ и минимальное количество шумового загрязнения.

  2. Искажение сигнала ЭМГ должно быть минимальным, без лишней фильтрации и искажения пиков сигнала, режекторные фильтры не рекомендуются.

При обработке сигнала ЭМГ анализируются только положительные значения. При выполнении однополупериодного выпрямления все отрицательные данные отбрасываются, а положительные сохраняются. Абсолютное значение каждой точки данных используется во время двухполупериодного выпрямления. Обычно для выпрямления предпочтительнее двухполупериодное выпрямление.

Обнаружение сигнала ЭМГ

Точное обнаружение дискретных событий на сЭМГ (таких как фазовое изменение паттерна активности, связанное с инициацией быстрого двигательного ответа) является важным вопросом при анализе двигательной системы.Было предложено несколько методов для определения времени включения и выключения мышцы.

Наиболее распространенный метод определения событий, связанных с моторикой, по сигналам ЭМГ состоит в визуальном осмотре обученными наблюдателями. «Однопороговый метод», который сравнивает сигнал ЭМГ с фиксированным порогом, является наиболее интуитивным и распространенным компьютерным методом определения времени начала мышечного сокращения (6). Этот метод основан на сравнении выпрямленных необработанных сигналов и амплитудного порога, значение которого зависит от средней мощности фонового шума (7).Метод может быть полезен для преодоления некоторых проблем, связанных с визуальным контролем. Однако такой подход, как правило, неудовлетворителен, поскольку результаты измерений сильно зависят от выбора порога. Такой метод часто опирается на слишком эвристические критерии, которые не позволяют пользователю самостоятельно устанавливать вероятности обнаружения и ложной тревоги (8). В «однопороговом методе» соотношение между вероятностью обнаружения P dk и вероятностью P γ того, что образец шума превышает порог γ, задается уравнением 2.

В 1984 г. Винтер (9) заметил, что этот подход в целом неудовлетворителен, так как сильно зависит от выбора порога. Для преодоления «однопороговых» проблем Борнато и др. . (8) представил метод «двухпорогового обнаружения» в 1998 году. Двухпороговые детекторы превосходят однопороговые, поскольку они обеспечивают более высокую вероятность обнаружения. Двухпороговые детекторы позволяют пользователю установить связь между ложной тревогой и вероятностью обнаружения с более высокой степенью свободы, чем однопороговые.Пользователь может настраивать детектор в соответствии с различными оптимальными критериями, тем самым адаптируя его характеристики к характеристикам каждого конкретного сигнала и приложения (8).

Сигнал сЭМГ, зарегистрированный во время произвольных динамических сокращений, можно рассматривать как гауссовский процесс с нулевым средним s(t)εN(0,σ s ) , модулированный мышечной активностью и искаженный независимой гауссовой добавкой с нулевым средним шум n(t)εN(0,σ n ) . Если вероятность обнаружения равна P d , то двухпороговый метод описывается уравнением 3.

Поведение двухпорогового детектора фиксируется параметрами: порог r o и длина окна наблюдения м . Их значения выбираются так, чтобы минимизировать значение вероятности ложной тревоги и максимизировать P d для каждого конкретного отношения сигнал/шум (SNR) (8). В 2004 году Ланьи и Адлер (10) обнаружили, что двухпороговый метод, предложенный Борнато, сложен и требует больших вычислительных ресурсов, требующих отбеливания сигнала.Он также не очень чувствителен. Ланьи и Энди предложили новый алгоритм, основанный на двухпороговом методе, который является более чувствительным, стабильным и эффективным с меньшими вычислительными затратами. Для конкретных приложений, помимо точности обнаружения, важным фактором может быть скорость алгоритма. Алгоритмы с большим временем вычислений не подходят для онлайн-обнаружения. Один специфический недостаток метода Борнато и др. . (8) вероятность обнаружения максимальна при фиксированном P fa , второй порог должен быть выбран равным «1.Второй порог фиксируется во время обнаружения, что означает, что двухпороговый детектор фактически становится однопороговым детектором. Этот метод не требует этапа отбеливания сигнала, который был необходим ранее. Процесс отбеливания занимает много времени вычислений. Кроме того, процесс отбеливания снижает вероятность сигнала.Эта особенность приводит к тому, что обнаружение пропускает часть интервала активации.Методы, предложенные Ланьи и Адлером (10), обеспечивают быстрое и более надежное обнаружение включения-выключения мышц.В таблице показано краткое сравнение различных методов обнаружения, основанное на исследованиях Merlo и Farina (11) в 2003 году.

Таблица 1

Сравнение 3 основных методов обнаружения ЭМГ.

  ОСШ (дБ)  
  2 4 6 8  
Метод Смещение Стандартный Смещение Стандартный Смещение Стандартный Смещение Стандартный Примечание
Улучшенный метод (11) -39 -39 -22 -22 9 25 —12 22 -3 17 Best
Двойной порог (8) 41 68 21 69 12 47 0 53 Хороший
Одно пороговое значение (11) 55 154 67 147 62 135 72 139 Хуже

Разложение сигнала ЭМГ

Сигналы ЭМГ представляют собой суперпозицию активности нескольких двигательных единиц.Необходимо разложить сигнал ЭМГ, чтобы выявить механизмы, относящиеся к мышечному и нервному контролю. Были разработаны различные методы разложения ЭМГ.

Разложение сигнала ЭМГ выполнено путем сопоставления вейвлет-спектров и анализа главных компонент вейвлет-коэффициентов. Согласно Jianjung и др. . (12), потенциалы более чем одной двигательной единицы (SMU) будут регистрироваться одновременно, перекрывая друг друга, особенно во время сильного мышечного сокращения.В 1997 году они разработали метод, использующий вейвлет-преобразование для классификации потенциалов SMU и разложения сигналов ЭМГ на составляющие их потенциалы SMU. Отличие этого метода в том, что он измеряет подобие сигналов SMU-потенциалов из вейвлет-области, что очень выгодно. Этот метод был основан на согласовании спектра в вейвлет-области. Метод согласования спектра иногда считается более эффективным, чем метод согласования формы сигнала, особенно когда помехи вызваны низкочастотным дрейфом базовой линии или высокочастотным шумом.Метод, разработанный для разложения многоэлементного сигнала ЭМГ, состоит из четырех отдельных процедур: процедуры шумоподавления сигнала, процедуры обнаружения спайков, процедуры классификации спайков и процедуры разделения спайков. Согласно Даниэлю и др. . (13), только вейвлет-коэффициенты более низких полос частот более важны для дифференциации характеристик потенциала действия (ПД), чем более высокие полосы. Эта концепция является субъективной, которая была разработана эмпирическим путем. Экспериментальные результаты Rie Yamada и др. .(14) в 2003 г. показали, что высокочастотная информация, которая не учитывалась, также важна при классификации ПДЕ. Чтобы преодолеть субъективный критерий выбора признаков, они предложили другой метод, использующий анализ основных компонентов (PAC) для вейвлет-коэффициентов. Алгоритм декомпозиции состоит из четырех этапов обработки: сегментация, вейвлет-преобразование, PCA и кластеризация. Преимущество этого метода в том, что он не требует ручного подбора коэффициентов и учитывает всю частотную информацию.

Разложение сигнала ЭМГ с использованием нелинейного метода наименьших квадратов (LMS) оптимизации кумулянтов более высокого порядка было предложено Эриком и Дамьяном (15) в 2002 г. Их разложение основано на кумулянтах третьего порядка, значения которых входят в виде коэффициентов нелинейная система уравнений. Система решается с помощью нелинейной LMS-оптимизации. Для этой методики использовалась модель с несколькими входами и несколькими выходами, поскольку она может описывать несколько наложений сигнала ЭМГ на MUAP.

Обработка сигнала ЭМГ

Raw EMG предлагает нам ценную информацию в особенно бесполезной форме.Эта информация полезна только в том случае, если ее можно измерить количественно. Различные методы обработки сигналов применяются к необработанной ЭМГ для получения точного и фактического сигнала ЭМГ. В этом разделе дается обзор обработки сигналов ЭМГ с использованием различных методов.

Вейвлет-анализ

В прошлом предпринимались попытки как во временной, так и в частотной области. Вейвлет-преобразование (WT) является эффективным математическим инструментом для локального анализа нестационарных и быстрых переходных сигналов.Одним из основных свойств WT является то, что его можно реализовать с помощью банка фильтров с дискретным временем. Преобразования Фурье вейвлетов называются фильтрами WT. WT представляет собой очень подходящий метод для классификации сигналов ЭМГ.

Guglielminotti и Merletti (16) предположили, что если вейвлет-анализ выбран таким образом, чтобы соответствовать форме MUAP, результирующий WT дает наилучшую возможную локализацию энергии в плоскости временной шкалы (16). В 1997 году Laterza и Olmo (17) обнаружили, что WT является альтернативой другим представлениям частоты времени с тем преимуществом, что оно является линейным, дает представление с несколькими разрешениями и не зависит от перекрестных выражений; это особенно актуально при работе с многокомпонентными сигналами.При определенных условиях сигнал ЭМГ можно рассматривать как сумму масштабированных задержанных версий одного прототипа. Основываясь на теории Гульельминотти, Laterza и Olmo (17) использовали вейвлет-анализ, чтобы подобрать форму MUAP. Для однополярного зарегистрированного сигнала и при определенных гипотезах, представленных Габором в 1946 г. (18), типичная форма ПНДА может быть аппроксимирована как производная второго порядка распределения Гаусса. В результате было предложено использовать хорошо известный вейвлет мексиканской шляпы, который действительно является производной второго порядка распределения Гаусса.Сравнение между вейвлетом «мексиканская шляпа» и типичной униполярной формой MUAP показано на рисунке . Основываясь на исследовании, Латерца и Олмо пришли к выводу, что WT особенно полезен для обнаружения MUAP в присутствии аддитивного белого шума. В этой ситуации шумовые вклады распределяются по всей плоскости временной шкалы независимо от используемого вейвлета. Недостаток этого предложения (17) заключался в том, что вейвлет мексиканской шляпы не полностью соответствует форме MUAP. Таким образом, полученные результаты могут быть улучшены, если будет выполнено идеальное согласование.В 1998 году Исмаил и Асфур (19) выступили с теорией, согласно которой наиболее распространенным методом, используемым для определения частотного спектра ЭМГ, являются быстрое и краткосрочное преобразование Фурье (БПФ и БПФ). Но они также пришли к выводу, что основным недостатком этих методов преобразования является то, что они предполагают, что сигнал является стационарным. Однако сигналы ЭМГ нестационарны.

Сравнение между вейвлетом мексиканской шляпы и типичной униполярной формой MUAP.

В 1999 году Паттичис и Паттичис (20) обнаружили, что WT можно также использовать для анализа сигналов с различными уровнями разрешения.Согласно теории, процесс анализа сигналов с разным уровнем разрешения известен как анализ с множественным разрешением. Они проанализировали взаимосвязь между вейвлет-коэффициентами и частотно-временной плоскостью. Алгоритм WT состоит из фазы декомпозиции и фазы реконструкции. Паттичис и Паттичис кратко описывают, как можно использовать коэффициенты каждого этапа WT для построения функциональной аппроксимации исходного сигнала. Данные образцы сигнала x 0 , x 1 , x 2 …, соответствующий непрерывный временной сигнал задается уравнением 4:

где ø (t-k) называется функцией масштабирования. Это предполагает, что выборки сигнала являются взвешенными средними значениями непрерывного сигнала.

Снова в 2003 году Кумар и др. . (21) выступил с аналогичным предложением, в котором говорилось, что WT разлагает сигнал на несколько компонентов с различным разрешением в соответствии с базисной функцией, называемой «функция вейвлета» (WF).WF одновременно расширяется и транслируется во времени, проводя двумерную взаимную корреляцию с сигналом sEMG во временной области. Этот метод можно рассматривать как математический микроскоп, который предоставляет инструмент для обнаружения и характеристики короткой временной составляющей в нестационарном сигнале. Это метод, который предоставляет информацию, связанную с частотно-временными изменениями сигнала. Кумар и др. . также пришел к выводу, что короткое преобразование Фурье (SFT) с относительно короткими временными окнами может попытаться отследить спектральные изменения во времени, но не обеспечивает оптимального временного или частотного разрешения для нестационарного сигнала.В (21) sEMG была разложена с использованием WT с различными WF, а выходной сигнал области преобразования мощности вычисляется и используется в качестве решающего параметра при выборе WF, который обеспечивает наилучший контраст между случаями sEMG. В результате их исследовательской деятельности можно сказать, что с помощью sEMG и вейвлет-преобразований можно определить состояние мышечной усталости (мышечной недостаточности), просто определяя вейвлет-разложение сигнала Sym4 или Sym5 на уровне 8 и 9 ( из 10 уровней).На рисунке показана экспериментальная процедура.

Блок-схема процедуры эксперимента.

Частотно-временной подход

Попытки получить количественную информацию из записей ЭМГ были тщательно исследованы, когда сигнал представлен как функция времени (временная область). Преобразование класса Коэна, распределение Вигнера-Вилля (WVD) и распределение Чой-Вильямса — вот некоторые из частотно-временных подходов, используемых для обработки сигналов ЭМГ.

Пайпер (22) в начале этого века (1912) показал, что при длительном мышечном сокращении спектральные компоненты поверхностного миоэлектрического сигнала сжимаются в сторону более низких частот. Механизмы, регулирующие это явление, были выяснены только в течение последних двух десятилетий. Когда сЭМГ регистрируется при динамических сокращениях, предположение о стационарности не выполняется, поскольку частотный состав сигнала постоянно меняется с течением времени. Нестационарности поверхностного миоэлектрического сигнала можно классифицировать как медленные и быстрые.Медленные нестационарные состояния в основном обусловлены накоплением метаболитов, что вызывает электрические проявления мышечного утомления. Быстрые нестационарные явления в основном связаны с биомеханикой задачи. Изменения мышечной силы вызывают изменение частотного содержания сигнала.

Преобразование класса Коэна, предложенное Коэном в 1995 г. (23), привлекло значительное внимание, особенно в биомедицинской обработке сигналов. Частотно-временное представление класса особенно подходит для анализа поверхностных миоэлектрических сигналов, записанных во время динамических сокращений, которые можно смоделировать как реализацию нестационарного стохастического процесса.Предыдущие работы Мартина и Фландрина (24), Амина (25) и Сайеда и Джонса (26) продемонстрировали, что любой частотно-временной спектр класса Коэна S(t,f) может быть записан в виде уравнения 5:

где E{} — оператор ожидания, x(t) — реализация рассматриваемого случайного процесса, x*(t) — комплексное сопряжение, g(θ,τ) — ядро преобразования.

Коэн в 1995 году также сделал вывод, что при выборе g(θ, τ)=1, результирующее распределение называется распределением Вигнера-Вилля (23).WVD оптимален для анализа сигналов, состоящих из одного компонента. Однако он не очень подходит для применения к многокомпонентным сигналам, поскольку билинейность преобразования вызывает наличие помех. Syeed и Jones (26) также продемонстрировали, что формулировка, представленная в уравнении 5, также может быть использована, когда доступна единственная реализация анализируемого стохастического процесса, как в случае обработки поверхностных миоэлектрических сигналов, записанных динамических сокращений.

WVD представляет собой время-частоту, которая может отображать частоту как функцию времени, используя, таким образом, всю доступную информацию, содержащуюся в сигнале ЭМГ.Хотя сигнал ЭМГ часто можно рассматривать как квазистационарный, все еще существует важная информация, которая передается и может быть различима только с помощью WVD. Рикамато и др. . (27) в 1992 году обнаружили, что WVD можно использовать для отображения частотных диапазонов двигательной единицы. Можно показать закономерности рекрутирования, когда мышца выполняет сложные задачи. Распределение Вигнера-Вилля представлено уравнением 6:

, где x(t) и x’(t) — сигнал и его комплексно-сопряженное значение соответственно.

Реализация WVD с цифровым компьютером требует дискретной формы. Это позволяет использовать быстрое преобразование Фурье (БПФ), которое создает представление с дискретным временем и дискретной частотой. Распространенным типом частотно-временного распределения является кратковременное преобразование Фурье (STFT). Согласно Davies and Reisman (28) (1994), основная трудность с распределением STFT заключается в том, что оно не удовлетворяет четырем важным свойствам, которые желательны для частотно-временных распределений. Два свойства — это предельные значения времени и частоты, а два других — поддержка времени и частоты.Они также сообщают, что спектр совместной плотности, создаваемый WVD, очень зашумлен, но демонстрирует очень хорошие свойства локализации и обычно сосредоточен вокруг мгновенной частоты сигнала. Метод Choi-Williams, предложенный в 1993 г., является примером уменьшенного распределения интерференции (29). Дэвис и Райсман (28) обнаружили, что, хотя распределение Чоя-Вильямса не удовлетворяет всем желаемым свойствам частотно-временного распределения, оно удовлетворяет одному важному свойству, заключающемуся в уменьшении интерференции.STFT не удовлетворяет предельным свойствам. Этот фактор подразумевает, что когда берется временной интервал распределения STFT, он не равен спектру плотности мощности в этот момент времени. То же верно и для частотного среза распределения. Свойство временной поддержки не выполняется, поскольку распределение не обязательно равно нулю до начала сигнала или после его окончания. Для частотно-временных методов требуется очень чистый сигнал. Есть много других частотно-временных распределений. Дэвис и Райзман (28) выбрали распределения STFT и Вигнера-Вилля, потому что они широко использовались в прошлом.Согласно их исследованиям, STFT наиболее четко показывает сжатие спектра по мере мышечной усталости. WVD имеет перекрестные условия и, следовательно, не является точным представлением изменения частотных составляющих при усталости. Когда в распределении Чоя-Уильяма появляются стены, в исходном сигнале появляется всплеск. Он решит, содержат ли стены какую-либо важную информацию для изучения мышечной усталости.

Модель авторегрессии

Модель временных рядов авторегрессии (AR) использовалась для изучения сигнала ЭМГ.Поверхностный электрод улавливает активность ЭМГ от всех активных мышц поблизости, в то время как внутримышечная ЭМГ обладает высокой чувствительностью, с минимальными перекрестными помехами от соседних мышц. Таким образом, для совмещения удобства и точности существует большая потребность в разработке методики оценки внутримышечных ЭМГ и их спектральных свойств по поверхностным измерениям. Исследователи представили сигнал sEMG как модель AR с отсроченной внутримышечной EMG в качестве входных данных.

В 1975 году Грауп и Клайн (30) впервые представили модель авторегрессионной скользящей средней (ARMA) для представления сигналов ЭМГ.Эмпирический результат Граупа и Клайна показывает, что ЭМГ можно считать стационарной в течение достаточно коротких интервалов времени. Sherif (31) заменил эту модель в 1980 году, потому что электрическое поведение медицинской дельтовидной мышцы было нестационарным. Шериф в своей диссертации подчеркнул нестационарный характер ЭМГ и использовал представление AR, интегрированного скользящего среднего (ARIMA). Он охарактеризовал нестационарный характер ЭМГ в разные фазы мышечной активности. Дерщук и др. .В 1983 году (32) подошли к проблеме, аналогичной Graupe и Cline, а именно к управлению протезами по сигналам ЭМГ с помощью AR-моделей нескольких сигналов ЭМГ. В 1986 году Чжоу и др. . (33) представляли поверхностную ЭМГ как модель AR с отложенным внутримышечным сигналом ЭМГ в качестве входных данных. Модель, называемая «тканевым фильтром», связывает внутримышечную форму волны сигнала ЭМГ с поверхностной ЭМГ. Предполагая наличие прототипов внутримышечных и поверхностных сигналов ЭМГ, идентифицируются параметры модели временных рядов, преобразующей внутримышечные сигналы в поверхностные сигналы.Идентифицированная модель затем используется для оценки внутримышечного сигнала по поверхностному сигналу. Эта модель проиллюстрирована с использованием реальных форм волны ЭМГ. Хеффтнер и др. . В 1988 г. (34) оценили предыдущие модели и выбрали модель AR для распознавания сигнатур ЭМГ из-за ее вычислительной скорости. Бернатос и др. . В 1986 г. (35) использовали статический нелинейный элемент с моделью изменяющегося во времени авторегрессионного скользящего среднего (ARMA), а Мозер и Грауп в 1989 г. (36) предложили нестационарный идентификатор изменяющихся во времени параметров AR.В 1992 году Tohru (37) считал, что более точные модели, такие как ARMA или ARIMA, не нужны для динамических движений мышц. Стоимость вычислений модели ARIMA высока, а определение порядка модели сложно и иногда затруднительно. Модель AR была выбрана Тору (37) в основном из-за ее вычислительной стоимости, которая является проблемой при моделировании. Их исследование было основано на параметрах модели AR, рассчитанных путем квазистационарной обработки.

Искусственный интеллект

Некоторые методы искусственного интеллекта, в основном основанные на нейронных сетях, были предложены для обработки сигнала ЭМГ.Этот метод очень полезен для приложений в реальном времени, таких как запись и анализ сигналов ЭМГ.

Применение в реальном времени искусственной нейронной сети, способной точно распознавать миоэлектрический сигнал (МЭС), было предложено Дель и Парком (38) в 1994 г. Алгоритм c-средних. Нечеткие c-средние (FCM) — это метод кластеризации, который позволяет данным принадлежать двум или более кластерам.Выход нейронной сети представляет собой степень желаемой мышечной стимуляции по сравнению с синергетической, но ослабленной мышцей. Работа в режиме реального времени достигается за счет использования преимуществ аппаратных умножителей, присутствующих в процессорах цифровой обработки сигналов (DSP), для выполнения быстрого преобразования Фурье для извлечения признаков и интеграции ввода нейронов для характерной классификации. Адаптивные интерфейсы являются естественным и важным приложением класса для искусственной нейронной сети (ИНС). Метод обратного распространения ошибок используется в качестве процедуры обучения многослойной нейронной сети с прямой связью.С помощью этой процедуры сеть может научиться преобразовывать набор входов в набор выходов. Выбранная топология сети представляла собой разновидность прямой связи с одним входным слоем, содержащим 64 входных нейрода, одним скрытым слоем с двумя нейродами и одним выходным нейродом (38). Модель, использующая ИНС, является не только шагом вперед в распознавании сигналов MES в режиме реального времени, но и сводит к минимуму обучение испытуемых. Архитектуры нейронных сетей обеспечивают двойное решение: быстрый способ настройки системы для пациента и лучшее освоение системы пациентом, улучшающее низкую скорость принятия устройств.Метод, предложенный Делем и Парком, может решить проблемы (приемлемая стоимость и критерии эффективности), которые не могут решить традиционные статистические методы.

Другой подход, основанный на ИНС, был реализован в 1996 году Чероном и др. . (39) с целью разработки альтернативного подхода, основанного на искусственных динамических рекуррентных нейронных сетях (DRNN), для выявления связи между ЭМГ-активностью мышц и кинематикой руки. Его цель состояла в том, чтобы доказать, что эта идентификация DRNN биомеханически правдоподобна.Нейронная сеть состоит из полностью взаимосвязанных нейроноподобных блоков с двумя типами адаптивных параметров: классическими весами между блоками и константами времени, связанными с каждым нейроном. В частности, эта сеть идентифицирует некоторые из сложных взаимосвязей между ЭМГ мышечной активности и кинематикой верхних конечностей во время сложных движений. Согласно методу, предложенному Перлматтером в 1989 году, искусственная нейронная сеть представляет собой полносвязную сеть из 20 нейронов. Метод используется Cheron и др. .(39), которое определяется уравнением 7:

где, y i — уровень активации блока I, F(α) — функция сжатия определяется уравнением 8.

Основная особенность предложенной DRNN заключается в том, что ее симулированные движения являются результатом взаимодействия необработанных сигналов ЭМГ без каких-либо теоретических предположений относительно типа управления.Пригодность DRNN в основном обусловлена ​​адаптивными константами времени, связанными с каждой нейроноподобной единицей.

Системы нечеткой логики полезны при обработке и классификации биомедицинских сигналов. Биомедицинские сигналы, такие как сигналы ЭМГ, не всегда строго воспроизводимы, а иногда даже могут быть противоречивыми. Согласно Чан и др. . (40), одно из наиболее полезных свойств систем нечеткой логики заключается в том, что противоречия в данных можно допускать. Кроме того, используя обучаемые нечеткие системы, можно обнаруживать закономерности в данных, которые трудно обнаружить другими методами, что также можно сделать с помощью нейронной сети.Наконец, может быть использован опыт медицинских экспертов. Эти неполные, но ценные знания можно интегрировать в систему нечеткой логики благодаря стилю рассуждений системы, подобному стилю рассуждений человека. Это существенное преимущество перед искусственной нейронной сетью (ИНС). Системы нечеткой логики более точно имитируют принятие решений человеком, чем ИНС. Ядром нечеткой системы является механизм нечеткого вывода. Знания эксперта или хорошо классифицированные примеры выражаются или переносятся в набор «нечетких производственных правил» в форме ЕСЛИ-ТО, что приводит к алгоритмам, описывающим, какое действие или выбор следует предпринять на основе наблюдаемой в данный момент информации ( 40).

Метод слепого разделения источников (BSS), предложенный в 2001 г. Белухрани и др. . (41) представляет собой метод на основе нейронной сети, который разделяет линейную смесь стационарных независимых источников, полученных различными датчиками, путем использования статистических моментов более высокого порядка в алгоритме обучения. В 2004 году Фарина и др. . (42) обнаружили, что сигналы ЭМГ, генерируемые разными мышцами, могут перекрываться во временной и частотной областях, поэтому классические подходы линейной фильтрации не могут применяться для разделения источников.Она сообщила, что предыдущие исследования, направленные на применение подходов BSS к сигналам sEMG, не давали никакой проверки эффективности и не обсуждали предположения и ограничения метода BSS для анализа сигналов sEMG. Чтобы преодолеть эти проблемы, был применен подход, основанный на пространственном частотно-временном распределении, для разделения смоделированных и экспериментальных нестационарных сигналов sEMG (42). В таблице показаны характеристики диагностики временной области, частотной области и вейвлет-коэффициентов с использованием искусственных нейронных сетей.

Таблица 2

Диагностика характеристик временной области, частотной области и вейвлет-коэффициентов с использованием искусственных нейронных сетей.

96,06252 3
Набор функций Средний %
Временная область 78,3
Частотная область 62,5
Вейвлет DAU4
Wavelet DAU20 59.6
Wavelet CH 63.3 63.3
Wavelet BL 65.8
Статистика высшего порядка

Статистика высшего порядка (HOS) — это метод анализа и интерпретации характеристик и природы случайного процесса. Предмет HOS основан на теории ожидания (теории вероятностей).Из-за ограничений:

  1. Обнаружение и характеристика существующих нелинейностей в сигнале sEMG;

  2. Оценка фазы; и

  3. Точная информация из-за нормальности. HOS были введены в 1960-х годах и применялись в 1970-х годах.

Статистический метод для оценки амплитуды и количества новых MUAP был предложен Kanosue et al . В 1974 (43). В методе используются моменты второго и четвертого порядков с параметрической моделью элементарных сигналов MUAP.Модели низкого порядка получаются с использованием статистики второго порядка (SOS) и обеспечивают экономное описание реальных данных. В последнее время возрос интерес к использованию статистики высшего порядка (HOS). Статистика высшего порядка (HOS) — это метод анализа и интерпретации характеристик и природы случайного процесса. Предмет HOS основан на теории ожидания (теории вероятностей) (1). В 1991 г. Giannakis и Tsatsanis (44) использовали HOS для анализа сигналов ЭМГ. По словам Яннакиса и Цацаниса, SOS не зависит от фазы, но имеет оценщики с низкой дисперсией, и при ограничении линейно-гауссовыми процессами они дают вычислительно и статистически эффективные модели.В 1995 году Яна и др. . (45) обобщил метод для оценки формы волны MUAP и их частоты без каких-либо предположений для форм волны MUAP. Метод был использован как неинвазивный метод для анализа четвертого механизма производства мышц. В соответствии с его теорией, H(w) и λ, соответственно, дают одиночную форму волны MUAP, а ее встречающаяся частота определяется уравнениями 9 и 10.

Согласно уравнению 11, φ(ω) = arg H (ω).φ(ω) оценивается по биспектру с использованием алгоритма оценки фазы. Формы сигналов MUAP можно найти с помощью уравнений (9)–(11). Их исследования показывают, что амплитуда ПСД увеличивается при увеличении веса груза.

С 1987 по 1993 год исследователи, такие как Никиас, Мендал, Рагувир и Петропулу, разрабатывали методы анализа сигналов на основе HOS для детерминированных и недетерминированных фазовых сигналов, проверки гауссовости и линейности, когерентности и связи сигнала и т. д. .В 1990-е годы Никиас и др. . (2, 46, 47) обнаружили, что основное преимущество HOS перед SOS заключается в том, что HOS может подавлять гауссовский шум при обнаружении, оценке параметров и классификации. Никиас сообщает, что HOS не видит никаких гауссовых процессов; ненулевое измерение HOS может обеспечить проверку степени негауссовости сигнала. Еще одна особенность HOS заключается в том, что спектр HOS суммы двух или более статистически независимых случайных процессов равен сумме их индивидуальных спектров HOS, поэтому HOS может извлекать информацию из-за вывода из гауссовости и обеспечивает подходящее измерение степени статистической зависимости. зависимость во временном ряду.Кроме того, биспектр, первый член спектра HOS, несет информацию об амплитуде и фазе, которая позволяет восстановить как амплитуду Фурье, так и значение фазы импульсной характеристики системы с ожиданием линейного фазового члена. В 2000 году Капланис и др. . (48) представили свою теорию анализа сигнала sEMG с использованием HOS. Согласно их теории, для количественной оценки негауссовости случайного процесса нормированный биспектр или бикогерентность оценивается в соответствии с уравнением 12:

где, Р(.) — спектр мощности.

Критерий гауссовости основан на средней мощности бикогерентности, определенной в уравнении 13, с суммированием, выполненным по неизбыточной области.

Индекс бикогерентности использовался для характеристики гауссовости сигнала. Результаты показывают, что распределение сигнала sEMG сильно отличается от Гаусса при низком и высоком уровне силы, тогда как распределение имеет максимальную гауссовость на среднем уровне максимального уровня произвольного сокращения (MVC).Мера линейности сигнала, основанная на решении о том, является ли предполагаемая бикогерентность постоянной, следует обратному шаблону с мерой гауссовости. Средняя частота спектра мощности уменьшается с увеличением силы.

В 2004 году Шахджахан Шахид (1) применил HOS для анализа и характеристики сигналов ЭМГ из-за преимуществ HOS над SOS. Он предложил « биспектр линейной системы». Моделирование биспектра сигнала временного ряда как выходного сигнала линейной системы позволяет применять полезные методы для идентификации и характеристики системы, которая создает выходной сигнал системы.Пусть e(n) будет стационарным случайным сигналом с нулевым средним значением, применяемым к системе LTI согласно рисунку , частотная характеристика которой равна H(k) (где отклик системы во временной области h(n) является причинно-следственным и стабильный). Предположим, что w(n) является независимым идентично распределенным случайным гауссовым белым шумом, который представляет системный шум, а x(n) является выходом системы. В соответствии с теоремой свертки для системы LTI выход x (n) может быть записан как уравнение 14.

Модель системы LTI.

С помощью бицепса можно реконструировать систему по ее выходному сигналу после восстановления фазовых компонентов системы. Поскольку выходной сигнал системы LTI несет всю информацию о системе плюс шум, при рассмотрении выходных сигналов системы как негауссовского шума можно оценить импульсную характеристику системы, используя алгоритм реконструкции системы.Алгоритмы могут быть разработаны для характеристики входного импульса системы, чтобы можно было получить фактический сигнал ЭМГ от мышцы. По словам Шахджахана Шахида, традиционные алгоритмы реконструкции системы имеют различные ограничения и значительную вычислительную сложность, а многие из них демонстрируют высокую дисперсию. Наиболее распространенный алгоритм реконструкции системы на основе биспектра был улучшен путем выделения параметра асимметрии. Кроме того, кепстр биспектра — новая ветвь кепстра — был разработан и применен Шахджаханом Шахидом для выполнения реконструкции импульсной функции системы простым в вычислительном отношении способом.Разработанный алгоритм показывает лучшую производительность, чем традиционные алгоритмы. Кепстр биспектра также используется для разработки алгоритма восстановления последовательности входных импульсов системы из выходного сигнала системы LTI. Результаты показали, что ЭМГ покоящихся мышц содержит серию импульсоподобных ПДЕ, пики которых ориентированы в обе стороны от нулевого уровня. Это означает, что двигательная единица не участвует в покоящейся мышце. С другой стороны, ПДЕ, как правило, ориентированы по одну сторону от нулевого уровня, когда мышца сокращается.На рисунке показан образец необработанного сигнала ЭМГ и его биспектральная кривая.

Образец сигнала ЭМГ и его биспектральная кривая.

Другие методы

Существуют и другие модели, предложенные различными исследователями для обработки сигналов ЭМГ. Некоторые из этих моделей кратко описаны здесь.

В 1969 году Розенфальк (49) математически сформулировал g(z) = 96x 3 e -z – 90 на основе экспериментальных работ Лудина на межреберных мышцах.Nandedkar и Stalberg (50) изменили выражение в 1983 году с g(z) на e(z) = g(2z) , чтобы лучше соответствовать экспериментальным данным, что привело к e(z) = 768z 3 e -2z – 90. Это принимается за внутриклеточную формулировку по умолчанию для моделирования потенциала действия одиночного волокна.

Нандердар и Баркхаус (51) разработали модель, предложенную в 1992 г. и основанную на простом принципе суммирования векторов. Согласно теории Славиха, Ласло и Гершлера (1990), модель Нандедкара предполагает, что амплитуда MUAP алгебраически складывается для создания амплитуды мышечного протенциала сложного действия (CAMP).Поскольку сигналы MUAP не возникают синхронно, это предположение неверно. Если суммировать две ПДА амплитуды A 1 и A 2 , то амплитуда полученного сигнала не будет равна A 1 +A 2 . Другими словами, MUAP вносит меньший вклад, чем его амплитуда, в амплитуду CMAP, это явление называется компенсацией фазы. Согласно (51) амплитуда их суммы обозначается как A 12 меньше, чем A 1+ A 2 .Это выражается в уравнении 15.

В 1994 г. , Энглхарт и Паркер (52) рассмотрели два типа моделей функции плотности вероятности межимпульсного интервала (IPI) (PDF). Последовательность разряда в виде серии IPI, оценка среднего значения IPI, дисперсия и функция плотности вероятности (PDF) использовались в качестве дескрипторов активности двигательных нейронов. Функция плотности Гаусса выражается уравнением 16:

, где μ x — среднее значение, а σ x 2 — дисперсия.

Функция гамма-плотности выражается уравнением 17:

, где α — параметр местоположения, β — параметр масштаба, ρ — параметр формы и Γ ( ) — гамма-функция.

Согласно модели, оценки моментов и PDF последовательности нейронных разрядов подвержены смещению, если данные нестационарны. Некоторыми факторами, которые могут повлиять на степень стационарности экспериментальных данных IPI, являются продолжительность сокращения, средства производства силы и уровень сокращения.

Аналитическое выражение для миоэлектрического сигнала было получено с использованием модели интегральной импульсной частотно-амплитудной модуляции (IPFAM) Zhang et al . (53) в 1995 году. Модель состоит из трех основных элементов: амплитудно-импульсной модуляции (PAM), частотно-импульсной модуляции (PFM) и линейной системы. PAM описывает связь амплитуды ЭМГ с изменениями мышечной силы, PFM описывает изменения в сигнале ЭМГ, вызванные изменениями частоты возбуждения нервов, а линейная система, p(t), представляет действие составной двигательной единицы. потенциал, включая эффекты дисперсии распространения и тканевой фильтрации.В этой модели потенциал повышается до тех пор, пока не будет достигнут заранее определенный порог, который вызывает возникновение потенциала действия или события. Таким образом, модель IPFAM включает в себя наиболее важные функции, связанные с генерацией реальных сигналов ЭМГ.

В 1995 г. Karlsson и Nystrom разработали систему для анализа сигналов ЭМГ в режиме реального времени (54). Цель состояла в том, чтобы разработать систему для клинического использования с характеристиками графической обратной связи, гибким выбором параметров, стандартным методом и гибкой обработкой дополнений.Для получения частотно-временного представления сигнала было предложено использовать кратковременное преобразование Фурье. Основным недостатком этого метода было то, что предполагался стационарный сигнал. Даже когда нет произвольного изменения состояния мышц, миоэлектрические сигналы не являются стационарными просто из-за врожденной физиологии органов.

Модель ЭМГ была предложена Duchene и Hogrel (55) в 2000 году. Согласно Duchene и Hogrel, любой новый алгоритм обработки должен быть оптимизирован путем сравнения его результата с исходными значениями параметров для получения оптимизированного критерия.Эта оптимизация может быть выполнена только в том случае, если известны все фактические значения. Только комплексная имитационная модель может помочь выполнить это требование. Внеклеточный потенциал действия рассчитывается после внутриклеточного потенциала действия для моделирования потенциала действия одиночного волокна. Согласно первоначальной работе де Лоренте (56), потенциал в точке наблюдения [z 0 , y 0 ] может быть выражен уравнением 18:

, где z и y — осевое и радиальное направления соответственно, S1 и S2 — участки волокна на концах волокна и r — расстояние между поверхностными элементами dS и пункт наблюдения.

Гамильтон и Сташук (57) предложили последнюю модель моделирования клинических сигналов ЭМГ в 2005 году. Согласно предложению, первым требованием для моделирования сигналов ЭМГ является создание модели структуры мышцы. Это выполняется в следующие этапы:

  1. Расчет диаметра области мышц и двигательных единиц;

  2. МО Территория центр расположения;

  3. Расположение и назначение волокон;

  4. Обновление центров территории МО;

  5. Расчет фактических центров территории МО;

  6. Назначение диаметров волокна; и

  7. Расположение нервно-мышечных соединений.

Эта модель уникальна, поскольку включает в себя следующее:

  1. Пространственные отношения между мышечными волокнами, ДЕ, которые они составляют, и морфология мышц на макроуровне;

  2. Расчеты MUP, сочетающие клинические измерения напряжения, обнаруженного на кончике иглы и канюли, вносимого физиологически расположенными и активированными отдельными волокнами;

  3. Изменчивость обнаруженных ПДЕ из-за изменчивости задержки передачи СМП;

  4. Новый механизм рекрутирования ДЕ полностью основан на морфологии мышц; и

  5. Клинически реалистичное размещение иглы.

Классификация сигналов ЭМГ

Общей чертой для классификации внутримышечного сигнала ЭМГ является евклидово расстояние между кривыми MUAP. Для клинических целей основной характеристикой сигнала ЭМГ является количество активных двигательных единиц (ДЕ), кривые ПДЕ и статистика времени иннервации. Согласно Wellig и Moschytz (58), определение формы волны ПДЕ и количества активных ДЕ можно рассматривать как проблему классификации.

Представление запускаемых по времени и неперекрывающихся MUAP вызывает мерцание. На мерцание MUAP влияет временное смещение дискретизированных сигналов, локальные колебания базовой линии и фоновый шум. На мерцание MUAP также могут влиять все шумы, которые отличаются как от фонового шума, так и от шума, вызванного смещениями. Помимо фонового шума и эффектов смещения, на классификацию влияет белый шум. Если классификация должна выполняться в области вейвлета, следует избегать вейвлет-коэффициентов, которые относятся к полосам частот, лежащим ниже 150 Гц.Для классификации с вейвлет-коэффициентом необходим вейвлет-коэффициент ( F f [m,n] ) четырех полос частот ( m = 2, 3, 4, 5 ). Эффективность классификации зависит не только от мерцания MUAP при дисперсии внутри класса, но также и от расстояния между средними значениями класса. Следовательно, наилучший выбор этих четырех частотных диапазонов зависит от преобразования Фурье самих сигналов MUAP. Boualem и Peter (59) предположили, что частотно-временное представление WVD обеспечивает характеристику сигнала с высоким разрешением в частотно-временном пространстве и хорошее подавление шума.Эта теория может быть очень полезна для целей классификации сигналов ЭМГ. Для классификации паттернов ЭМГ используется параметрическая модель AR. В 1991 году Чжан и др. . (60) извлекли и сравнили два типа характеристик на основе обработки сигналов с целью классификации паттернов ЭМГ. Двумя функциями были коэффициенты параметрических моделей AR и компоненты частотных спектров Фурье. Метод показал лучшие результаты при описании линейных огибающих ЭМГ (ЛЭ).

В 1995 г. Christodoulou и Pattichis (61) предложили, чтобы процедура классификации с использованием ИНС выполнялась в три этапа:

  1. На первом этапе применяется неконтролируемое обучение на основе одномерной самоорганизующейся карты признаков и конкурентного обучения.

  2. На втором этапе для повышения производительности классификации применяется метод обучения с самоконтролем, квантование вектора обучения.

  3. На третьем этапе происходит фактическая классификация.

Классификация реальных данных ЭМГ по составляющим их потенциалам действия двигательных единиц часто является трудной задачей из-за изменчивости формы волны ПДЕ, флуктуаций потенциалов отдельных волокон и наложения ПДЕ.Согласно Christodoulou и Patticis, ANN кажется привлекательной для решения такой проблемы из-за их способности принимать и создавать сложные границы классификации. На рис. 6 показана стратегия классификации ЭМГ с использованием подхода ANN.

Стратегия классификации ЭМГ с использованием подхода ANN.

DRNN, предложенный Чан и др. . (40) гораздо лучше адаптируется к временной обработке, чем классическая сеть с прямой связью, которая больше предназначена для задач классификации.Их результат показывает, что он успешно идентифицирует сложное сопоставление между полноволновыми выпрямленными сигналами ЭМГ и траекторией верхних конечностей. Процесс обучения и результаты классификации методом нечеткой логики Cheron et al . (39) превосходят подходы, основанные на нейронных сетях; прежде всего тем, что нечеткая система дает более последовательные результаты классификации и нечувствительна к переобучению. Типичная степень точности классификации ЭМГ приведена в таблице.

Таблица 3

Типичная степень точности классификации ЭМГ.

3
Метод Точность
коэффициенты Ar 99% 99%
Neural Networks 84% 84%
нечеткая система 85%

Оценка числа двигательных единиц (MUNE)

Точная оценка шаблонов MUAP в присутствии фоновой активности ЭМГ и шумов приборов является важным требованием количественного клинического анализа ЭМГ, особенно если используется разложение сигнала ЭМГ.MUNE — это процедура, используемая для оценки количества двигательных аксонов, связанных с мышцей. Все методы MUNE основаны на предположениях, которые должны выполняться для получения достоверной оценки.

В 1971 г. McComas предложил простой нейрофизиологический метод оценки числа двигательных единиц в мышце (62). Максимальный биоэлектрический ответ мышцы регистрировали с помощью сЭМГ после сверхмаксимальной электрической стимуляции мышечного нерва. Затем максимальную реакцию ЭМГ делили на оценку средней реакции отдельной двигательной единицы.Результатом была оценка количества ответов отдельных двигательных единиц, которые составляли максимальный ответ ЭМГ.

По Сташуку и др. . (63), количество двигательных единиц в мышце можно оценить путем деления значений параметров, связанных с размером, измеренных по максимальной М-волне, на соответствующие значения параметров, измеренные по среднему поверхностному потенциалу действия двигательной единицы (S-MUAP). Точность оценки зависит от того, насколько репрезентативен средний S-MUAP для совокупности S-MUAP, которые внесли свой вклад в максимальную M-волну.Было показано, что ответы F-волны представляют весь диапазон размеров S-MUAP. Была разработана автоматизированная система для получения максимальной М-волны, извлечения выборки ответов F-волны, расчета среднего значения S-MUAP и оценки количества ДЕ в мышце.

В 1998 году Zhengquan Xu и Shaojun Xiao (64) представили метод оценки среднего значения и стандартного отклонения межимпульсных интервалов (IPI) отдельных последовательностей MUAP. Путем взвешенного сопоставления между наблюдаемой функцией плотности вероятности IPI и смоделированной функцией оцениваются параметры запуска.Взвешенная функция используется для аппроксимации достоверности данных IPI, чтобы максимально использовать всю достоверную информацию, предоставленную данными IPI. По этой причине метод может обеспечить надежные оценки, даже если поезда MUAP извлекаются со значительными ошибками. Таким образом, этот метод очень полезен для оценки статистики срабатывания поверхностных ЭМГ, где трудно точно идентифицировать отдельные серии MUAP.

Учитывая, что ПЕС происходит на некотором расстоянии ниже стандартного электрода sEMG, основные формы поверхностных ПЕС в идеальном случае могут быть представлены лишь очень небольшим количеством волновых форм или вейвлет-функций.Основываясь на этом определении, Ping и Rymer (65) в 2003 году оценили способы оценки количества ПДЕ, присутствующих в стандартных записях поверхностной ЭМГ, с использованием методов сопоставления на основе вейвлетов для выявления случаев ПЕД. Причина такого подхода в том, что оценки количества ПДЕ, вероятно, будут более точным отражением нейронной команды мышце. Методы вейвлет-сопоставления с использованием еще более селективного поверхностного электрода могут правильно оценить количество ПДЕ в сигналах поверхностной ЭМГ при более высоких уровнях силы.Однако максимальное количество ПДЕ, правильно оцененное на поверхностной ЭМГ, не может быть значительно увеличено.

Недавно, в 2005 г., Мейджор и Джонс (66) использовали модель для имитации четырех методов MUNE (постепенная стимуляция, пересмотренная пошаговая стимуляция, многоточечная стимуляция и усреднение, запускаемое выбросом) и сравнили надежность каждого из них. Они также сравнили относительную полезность использования ЭМГ по сравнению с силой в качестве выходного измерения мышцы. Использование моделей позволяет детально проверить методологические предположения в различных методах MUNE, что приведет к более точному и надежному методу выполнения MUNE.Это приведет к более ранней диагностике и улучшению оценки лечения пациентов с нервно-мышечными заболеваниями. Основным принципом, лежащим в основе четырех смоделированных ими техник MUNE, является деление общей мышечной реакции на расчетную среднюю реакцию одной двигательной единицы (SMUP). Мышечные реакции можно измерить с помощью ЭМГ или силы. Поверхностная ЭМГ-реакция нескольких двигательных единиц на электрический стимул, воздействующий на нерв, известна как потенциал сложного мышечного действия (СМАР). Таким образом, расчетное количество функциональных двигательных единиц в мышце (или группе мышц) определяется уравнением 19.

Модели оборудования

В связи с передовым развитием биомедицинской науки применение биомедицинских инструментов становится необходимым в повседневной жизни. Разработка специализированной интегральной схемы для биомедицинского прибора в последнее время приобрела большое значение. Внедрено различное оборудование для разработки протезов рук для людей с ограниченными возможностями. Аппаратные чипы также были разработаны для фильтрации сигнала ЭМГ для получения точного сигнала для управления протезом руки и других приложений, таких как распознавание захвата и взаимодействие человека с компьютером.

Микропроцессорная система для идентификации миоэлектрических сигналов, предложенная Graupe et al . (67) основан на микропроцессоре Intel 8080 Corporation, который представляет собой 8-разрядный параллельный центральный процессор. Он изготовлен на одном кристалле большой интеграции (LSI) с использованием N-канальных кремниевых затворов и помещен в 40-контактный двойной керамический корпус с временем выполнения команды 2 мкс. Затем микропроцессор соединяется со своими портами ввода-вывода и с полупроводниковой памятью емкостью 4 Кбайт.Кроме того, для увеличения быстродействия микропроцессор сопряжен с блоком аппаратного умножения на базе модулей умножения Fairchild 9344 4×2 бит, где время умножения составляет 350 нс против 1 мкс в самом микропроцессоре.

Микросхема аналогового процессора может быть разработана для обработки физиологических сигналов. Поскольку сигнал ЭМГ имеет характеристики очень низкой амплитуды напряжения и содержит некоторый низкочастотный синфазный шум, Йен и др. . (68) интегрировали инструментальный усилитель, каскад регулировки усиления и фильтры в микросхему для обработки сигнала ЭМГ с адекватной амплитудой и ограниченной полосой пропускания.Он разделен на три части: блок обработки аналоговых сигналов, блок беспроводной передачи данных и блок цифровой обработки. Их исследования были сосредоточены на конструкции системы передачи. Благодаря концепции дизайна системы на кристалле, чип достиг целей низкой стоимости, низкого энергопотребления и минимизации площади компоновки.

Для улучшения жизни людей, потерявших руку, уже давно существуют протезы рук. Чип Evolvable Hardware (EHW) был реализован для миоэлектрического протеза руки.Микросхема EHW для автономного мобильного робота и миоэлектрической искусственной руки также была разработана в апреле 1998 года в качестве готового устройства для оценки оборудования на уровне ворот. Чип состоит из трех компонентов: 1) PLA; 2) аппаратное обеспечение GA с хромосомной памятью 2K слов и памятью шаблона обучения 2K слов; и 3) 16-разрядное ядро ​​​​ЦП с частотой 33 МГц (NEC V30; совместимо с 8086). Произвольные логические схемы могут динамически реконфигурироваться на компоненте PLA в соответствии с хромосомами, полученными аппаратным обеспечением GA.Ядро ЦП взаимодействует со средой чипа и при необходимости поддерживает расчеты пригодности. Размер аппаратного обеспечения GA, за исключением памяти, составляет около 16 тыс. логических элементов. С точки зрения размера шлюза это почти одна десятая ядра 32-битного процессора (например, NEC V830). Однако генетические операции, выполняемые этим чипом, выполняются в 62 раза быстрее, чем на Sun Ultra2 (200 МГц). Чип реализован Kajitani и др. . В 1999 году (69) состоит из аппаратного обеспечения GA (генетический алгоритм), реконфигурируемой аппаратной логики, памяти хромосом, памяти обучающих данных и 16-битного ядра ЦП (NEC V30).Миоэлектрические протезы рук управляются сигналами, генерируемыми при движении мышц. Предлагаемый чип EHW состоит из семи функциональных блоков, блока GA, блока PLA (2 массива), ЦП, регистрового файла, генератора случайных чисел, памяти хромосом и памяти обучающих данных. Рабочий процесс чипа EHW можно разделить на две фазы. Первая фаза — создание двух дочерних элементов и фаза оценки, а вторая — фаза «выбора двух хромосом». GA адаптивно реализует схему на PLA в контроллере EHW.

В 2001 году Торресен описал двухэтапную пошаговую оценку контроллера протеза руки, для которой требуется процессор с плавающей запятой или чип нейронной сети (70). Используя EHW на уровне ворот, можно обеспечить гораздо более компактную реализацию, что упрощает установку внутри протеза руки. Такой сложный контроллер, вероятно, может быть разработан только путем адаптации контроллера к каждому выделенному пользователю. Он состоит из вентилей И, за которыми следуют вентили ИЛИ. Одна из основных проблем в развитии аппаратной системы заключается в том, что, по-видимому, существует ограничение длины цепочки хромосом.Длинная строка обычно требуется для представления сложной системы. Генетические алгоритмы (ГА) требуют большого количества поколений по мере увеличения строки. Основное преимущество метода заключается в том, что эволюция не выполняется за одну операцию на всей эволюционируемой аппаратной единице; вместо этого он выполняется снизу вверх. Архитектура контроллера протеза руки на основе цифровых вентилей показана на рисунке. . Он состоит из одной подсистемы для каждого из шести протезных движений.В каждой подсистеме двоичные входы x 0 . . . x 15 обрабатываются рядом различных блоков, начиная с блока И-ИЛИ. Это слой вентилей И, за которым следует слой вентилей ИЛИ. Каждый вентиль имеет одинаковое количество входов, и их можно выбрать два, три или четыре. Выходы логических элементов ИЛИ направляются на селектор. Этот блок выбирает, какие из этих выходов должны учитываться последующим счетчиком. То есть для каждого нового входа счетчик подсчитывает количество выбранных выходов, равных «1» из соответствующего блока И-ИЛИ.Наконец, Max Detector выводит, какой счетчик соответствует одному конкретному движению, имеющему наибольшее значение. Каждый выход Max Detector подключен к соответствующему двигателю в протезе. Если счетчик с наибольшим значением соответствует правильному движению руки, ввод был правильно классифицирован.

Архитектура контроллера протеза руки на основе цифровых ворот.

В сигнале ЭМГ от электростимулированной мышцы обычно присутствуют два типа артефактов: артефакты стимуляции и М-волна.В 2000 году Писгуд и его исследователи (71) предположили, что М-волна является стационарной, и поэтому использовали фиксированный гребенчатый фильтр. Но М-волна явно является нестационарным сигналом в статистическом смысле, в основном из-за того, что ее изменение во времени зависит от многих факторов, таких как интенсивность стимуляции, усталость, уровень сокращения мышцы и т. д. Адаптивный прогноз фильтр ошибок (PEF), основанный на алгоритме Грама-Шмидта (GS), представлен в 2004 году Yeom et al . (72) для подавления М-волн.Представленный фильтр реализован на программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA). Реализация выполнена с использованием 6 -го -го порядка GS PEF с использованием микросхемы Xilinx XC2S200pq208-6 FPGA. Дизайн был синтезирован с помощью Xilinx ISE 5.2i и проверен с помощью ModelSim XE 5.6a. Одним из основных преимуществ аппаратного разделения процесса вычисления корреляции и фильтрации является то, что система фильтрации не связана со сложным конечным автоматом. На рисунке показана схема базового процессора, реализованного на ПЛИС.М-волны должны быть удалены, чтобы использовать произвольную ЭМГ от электрически стимулированной мышцы. Предлагаемая система подавления M-волн, основанная на GS PEF, не только эффективна для устранения периодических сигналов, таких как M-волны, но также подходит для реализаций FPGA, чем обычная линейная PEF (72).

Схемы ядра процессора до реализации на ПЛИС.

Применение EMG

Сигналы ЭМГ могут использоваться для различных приложений, таких как клинические/биомедицинские приложения, разработка чипов EHW, взаимодействие человека с машиной и т. д.Клинические применения ЭМГ в качестве инструмента диагностики могут включать нервно-мышечные заболевания, оценку болей в пояснице, кинезиологию и нарушения двигательного контроля. Сигналы ЭМГ могут быть использованы для разработки чипа EHW для управления протезом руки. Распознавание захвата (73) — это усовершенствованное приложение управления протезом руки.

ЭМГ можно использовать для определения изометрической мышечной активности (тип мышечной активности, который не преобразуется в движение). Эта функция позволяет определить класс тонких неподвижных жестов для управления интерфейсом, не будучи замеченным и не нарушая окружающую среду.Устройство для этой цели включает усилитель с высоким входным сопротивлением, подключенный к электродам, сглаживающий фильтр, микроконтроллер для выборки и обработки сигнала ЭМГ и модуль связи Bluetooth для передачи результатов обработки. При обнаружении активации контроллер отправляет сигнал по беспроводной сети на основной носимый процессор, такой как мобильный телефон или КПК. Используя EMG, пользователь может тонко реагировать на сигналы, не нарушая окружающей среды и не касаясь интерфейса руками.Контроллер ЭМГ не занимает руки пользователя и не требует их для работы с ним; следовательно, это « свободные руки » (74).

Интерактивные компьютерные игры предлагают еще одно интересное применение интерфейсов на основе биосигналов. Игровая система будет иметь доступ к частоте сердечных сокращений, кожно-гальванической реакции и сигналам движения глаз, чтобы игра могла реагировать на эмоциональное состояние игрока или угадывать его или ее уровень осведомленности о ситуации, отслеживая движения глаз. Интерактивный игровой персонаж может реагировать на пользователя, который смотрит или смотрит вокруг, в зависимости от обстоятельств.Такое использование слежения за взглядом проще, чем использование глаз в качестве точного указывающего устройства, что сложно, потому что глаза постоянно исследуют окружающую среду и не обеспечивают стабильной точки отсчета для указателя на экране. Чтобы обеспечить больше удовольствия и стратегии, в файтингах обычно возможны два стиля атаки. Одна слабая атака, а другая сильная атака. Обычными устройствами ввода для файтингов являются джойстик и джойстик . В них используется палка для перемещения персонажа и кнопка для выполнения определенного типа атаки, например, удара рукой или ногой.Чтобы провести сильную атаку, пользователь должен ввести сложную последовательность клавиш, которая затрудняет выполнение этого движения, тем самым достигается баланс между двумя типами атаки. Хотя эти устройства дешевы и просты в использовании, у них есть недостатки. Эти интерфейсы не являются интуитивно понятными для управления движением человека в бою, и пользователю нужно многое запомнить, например, значение кнопки и последовательность ввода для сильного движения атаки. Устройство интерфейса человек-компьютер, предназначенное для файтинговой игры « Muscleman», , было разработано Д.Г. Пак и Х.К. Ким в Корее. Игровые персонажи обычно изображаются изометрически сжимающими руки, что является выражением концентрации силы для мощной атаки, подобной огненному шару (75).

Для измерения силы изометрического сокращения мышц использовалась поверхностная ЭМГ. Более того, для получения более точной информации о движении предплечья пользователя в игровую систему встроен акселерометр. Анализируя запись данных об ускорении, полученных с акселерометра, можно узнать, в каком направлении движется предплечье.Кроме того, возможна классификация атакующего движения в таких случаях, как движение прямым ударом или движением апперкота. Беспроводная передача принята, чтобы не мешать движению пользователя. Используя беспроводную передачу, сцена игры может быть расширена практически без ограничений в пространстве. На рисунке показана блок-схема системы « Muscleman».

Блок-схема системы «Качок».

В Исследовательском центре вооружений НАСА в Моффетт-Филд, Калифорния, подразделение Human Senses Group использует интерфейсы систем биоконтроля.Они использовали сигнал ЭМГ/ЭЭГ в своей исследовательской программе взаимодействия человека с полетными системами. Группа стремится усовершенствовать человеко-машинные интерфейсы, напрямую подключая человека к компьютеру через электрическую нервную систему человека. На основе сигналов ЭМГ и ЭЭГ в этом исследовании применяется система распознавания образов для интерпретации этих сигналов как команд управления компьютером. Эти исследователи НАСА использовали сигнал ЭМГ для замены механических джойстиков и клавиатур. В качестве примера они разработали метод управления высокоточным авиасимулятором транспортного самолета с использованием джойстика на основе ЭМГ.На рисунке показано управление полетом с использованием технологии EMG. Виртуальный джойстик приводился в действие через нарукавную повязку с восемью электродами, подключенными к датчикам, когда пилот жестом велел посадить самолет. Пилот также мог совершить аварийную посадку моделируемого самолета, который был поврежден. Чарльз Йоргенсен, глава нейроинженерной лаборатории Эймса НАСА, утверждает, что это принципиально новый способ общения с машинами. Его исследовательская группа отходит от идеи управления машинами с помощью рычагов и ручек.Вместо этого они планируют, чтобы машины реагировали непосредственно на человеческие жесты. В дополнение к управлению самолетом эта технология может также помочь астронавтам в громоздких скафандрах управлять электроинструментами, используемыми для работы вне космического корабля, например, при ремонте или строительстве. Более амбициозная идея реконфигурируемых самолетов и другой транспортной техники — виртуальная носимая кабина или командный центр. ВВС США и другие роды вооруженных сил все чаще используют беспилотные летательные аппараты для целей наблюдения.Одним из способов управления этими системами в полевых условиях является носимая кабина. Можно использовать носимый компьютер с беспроводной связью и очками с дисплеем, а затем использовать жесты на основе ЭМГ для управления переключателями и джойстиками, необходимыми для полета. Бесконтактные датчики ЭМГ, вшитые в полевую униформу, могли улавливать движения, когда исполняющий обязанности пилота делал вид, что манипулирует управляющими входами. Космическое приложение может позволить астронавтам вводить текст в компьютер, несмотря на то, что они ограничены скафандром. Если во время долгосрочной космической миссии произойдет авария с разгерметизацией и астронавтам потребуется доступ к бортовым компьютерам, они могут использовать электроды ЭМГ в своих скафандрах для имитации компьютерного интерфейса (76).

Распознавание невокализованной речи — Mime Speech Recognition — распознает речь, наблюдая за мышцей, связанной с речью. Он основан не на голосовых сигналах, а на ЭМГ. Он реализует невокализованное общение, которое является новым стилем общения. Поскольку голосовые сигналы не используются, его можно применять в шумных условиях; он может поддерживать людей без голосовых связок и афазиков (77).

Связь с компьютером посредством определенных мышечных сокращений позволила бы выполнять всевозможные действия, контролируемые компьютером, с помощью ЭМГ.Мышечные сокращения могут быть обнаружены надежным способом, почти нечувствительным к любому виду шума, поэтому интерфейсное устройство, основанное на мышечном тонусе, также может использоваться для управления движущимися объектами, такими как мобильные роботы или электрическое инвалидное кресло, что может быть очень полезным. для лиц с ограниченными возможностями. Конечно, это может стать альтернативой и для трудоспособных людей, и для управления бытовой техникой. Постоянный поток сигналов ЭМГ, связанных с любой произвольной мышцей водителя-колясочника, отслеживается и сводится к потоку событий сокращения.Сокращенный поток влияет на внутреннее состояние программы, которое преобразуется в соответствующие команды, понятные электронике кресла-коляски. Стандартный способ управления электрической инвалидной коляской предполагает использование одной руки для управления своего рода двумерным джойстиком.

Обсуждение

Исследование показывает, что двухпороговые детекторы лучше однопороговых из-за их более высокой вероятности обнаружения. Они также позволяют пользователю принять связь между ложной тревогой и вероятностью обнаружения с более высокой степенью свободы, чем однопороговые.Разложение сигнала ЭМГ путем сопоставления вейвлет-спектра показывает, что этот метод точен, надежен и быстр. Этот метод очень полезен при изучении механизмов управления двигателем на уровне SMU. С другой стороны, нелинейный метод декомпозиции оптимизации LMS, основанный на HOS, также надежен в бесшумном случае. Тестирование с различными уровнями аддитивного гауссова шума показало, что хорошо известная надежность HOS приводит к удовлетворительным результатам даже в шумной среде. Для обработки сигнала ЭМГ WT является альтернативой другим представлениям частоты времени.Преимущество WT в том, что он линейный, что дает представление с несколькими разрешениями. Кросстермы не влияют на WT при работе с многокомпонентными сигналами. Мы видим, что основным недостатком SFT является то, что предполагается стационарный сигнал. Спектр совместной плотности, полученный с помощью распределения Вигнера-Вилля, демонстрирует очень хорошие свойства локализации и обычно сосредоточен вокруг мгновенной частоты сигнала. Недостатком WVD является то, что он очень шумный. Хотя метод Чой-Вильямса уменьшает помехи, он не удовлетворяет всем другим требуемым свойствам частотно-временного распределения.Рассматривая свойства систем нечеткой логики, мы обнаруживаем, что противоречия в данных можно допустить, что является преимуществом. Также ясно, что с помощью обучаемых нечетких систем можно обнаружить закономерности в данных, которые трудно обнаружить другими методами, что также можно сделать с помощью нейронной сети. В результате системы нечеткой логики более точно имитируют процесс принятия решений человеком, чем ИНС. Статистические методы высшего порядка (HOS) используются для анализа сигнала ЭМГ. Это возможно благодаря уникальным свойствам HOS, которые можно применять к случайным временным рядам.Исследование показывает, что гауссовский шум можно подавить с помощью биспектра или спектра третьего порядка. Кроме того, он несет информацию как об амплитуде, так и о фазе, которую можно использовать для восстановления импульсной функции системы и последовательности входных импульсов из линейного неизменного во времени (LTI) выходного сигнала системы. Основное преимущество HOS перед SOS заключается в том, что HOS может подавлять гауссовский шум при обнаружении, оценке параметров и задаче классификации. Поскольку HOS слеп к любому виду гауссовского процесса, ненулевое измерение HOS может обеспечить проверку степени негауссовости сигнала.Краткое изложение основных методов приведено в таблице.

Таблица 4

Краткое изложение основных методов.

Метод Преимущество / Недостаток
Двухпороговое обнаружение
  • Двухпороговые детекторы лучше однопороговых из-за более высокой вероятности обнаружения.

  • Позволяет пользователю принять связь между ложной тревогой и вероятностью обнаружения с более высокой степенью свободы, чем однопороговые.

Вейвлет-преобразование
  • Альтернатива другим представлениям частоты времени.

  • WT является линейным, что дает представление с несколькими разрешениями.

  • Кросстермы не влияют на WT при работе с многокомпонентными сигналами.

  • Основным недостатком SFT является то, что предполагается стационарный сигнал.

Распределение Вигнера-Виля
  • Спектр плотности соединений, полученный распределением WV, демонстрирует очень хорошие свойства локализации.

  • Обычно концентрируется вокруг мгновенной частоты сигнала.

  • Недостаток в том, что очень шумно.

Метод Чой-Вильямса
Искусственные нейронные сети (ИНС)
  • Сеть может научиться преобразовывать набор входов в набор выходов.В данных можно обнаружить закономерности, которые трудно обнаружить другими методами.

  • ИНС — это не только прогресс в распознавании сигналов MES в режиме реального времени, но и сокращение обучения испытуемых до минимума.

    • Противоречия в данных допустимы.

    • В данных можно обнаружить закономерности, которые трудно обнаружить другими методами.

    • Системы нечеткой логики более точно имитируют процесс принятия решений человеком, чем ИНС.

Статистика высшего порядка (HOS) Методы
  • (HOS) могут использоваться для анализа сигнала ЭМГ благодаря его уникальным свойствам, применяемым к случайным временным рядам.

  • Преимущество биспектра или спектра третьего порядка заключается в подавлении гауссова шума.

  • Он несет информацию как об амплитуде, так и о фазе, которую можно использовать для восстановления импульсной функции системы и последовательности входных импульсов из линейного неизменного во времени (LTI) выходного сигнала системы.

  • HOS слеп к любому виду гауссовского процесса, ненулевое измерение HOS может обеспечить проверку степени негауссовости сигнала.

Если требуется количественное соотношение между сигналом ЭМГ и силой, то сокращение должно быть изометрическим. Однако даже при этом ограничении связь между силой и сигналом ЭМГ остается проблематичной. Принято считать, что когда сигнал ЭМГ достаточно сглажен, зависимость становится монотонной, но линейность, по-видимому, различается между мышцами (при условии отсутствия технических и других искажающих факторов, таких как перекрестные помехи).Однако, поскольку амплитуда сигнала поверхностной ЭМГ является случайной величиной, мгновенное значение амплитуды не является монотонным по отношению к значению силы. Кроме того, оценка амплитуды сигнала будет варьироваться в зависимости от силы из-за внутренних анатомических и физиологических факторов. На рисунке показано соотношение силы и сигнала ЭМГ.

Соотношение нормализованной силы и сигнала ЭМГ для трех разных мышц.

Данные сильно сглажены, ширина окна 2 с.Обратите внимание на разницу в линейности соотношения между мышцами (78).

Физиологи привыкли использовать выходную силу мышцы как показатель мышечной усталости. В частности, точка, в которой сокращение больше не может поддерживаться (точка отказа), обычно обозначается как точка, в которой говорят, что мышца утомляется. Этот подход подразумевает, что утомление возникает в определенный момент времени; понятие, которое несовместимо с концепцией усталости, принятой инженерами и учеными-физиками.На рисунке показан сигнал ЭМГ в виде индекса усталости.

Схематическое объяснение спектральной модификации сигнала ЭМГ во время устойчивых сокращений.

Индекс мышечной усталости представлен средней частотой спектра (78).

При рассмотрении аппаратных реализаций мы понимаем, что, хотя реконфигурируемые аппаратные устройства, такие как FPGA и PLD, быстро распространяются и полезность реконфигурируемого оборудования получает все большее признание, реконфигурация в FPGA не является автономной и требует вмешательства человека.Таким образом, EHW указывает новое направление в реконфигурируемом оборудовании за пределами FPGA.

Техасским домохозяйствам пора отключиться от сети

Эта статья является частью серии, опубликованной отделом мнений The Dallas Morning News, посвященной изучению идей и политики по повышению надежности электроснабжения. Полную серию можно найти здесь: Keeping the Lights On .

Пора забыть об электросети. Буквально.

Бесконечные исследования и упреки в неудачах и рисках энергосистемы Техаса, которые почти ничего не дали, игнорируют очевидное решение: отключиться от энергосистемы.Вместо того, чтобы ждать, пока коммунальные службы и правительство разработают посредственные пластыри для централизованной энергосистемы, техасцы могут взять дело в свои руки. Благодаря интегрированным солнечным батареям, аккумуляторным батареям и генератору пропана дома могут полностью отказаться от сети.

Чтобы было ясно, речь не идет об обычной распределенной энергии. Практически во всех случаях солнечные компании соединяют домашние системы с сетью и экспортируют электроэнергию в счет кредита домовладельца. Аккумуляторная батарея может обеспечить несколько часов резервного питания, но в основном она используется, чтобы помочь домам использовать сеть в оптимальное время.

Выйти из сети — совсем другое дело. Речь идет о том, чтобы позвонить в электрическую компанию и сообщить им, что вы хотите отменить обслуживание.

Этот звук, который вы слышите, означает, что руководители коммунальных служб сходят с ума.

Даже если вы выберете собственного розничного поставщика электроэнергии или у вас есть солнечные панели, у вас не будет выбора, кому принадлежат линии электропередач, идущие к вашему дому. Пока вы подключены к этим столбам и проводам, распределительная компания зарабатывает деньги. Это был отличный бизнес в прошлом веке.

Компания Bell System также пользовалась монопольными преимуществами. Поскольку всем нужен был стационарный телефон, было выгодно управлять телефонной сетью. Пока не было.

Аналогия между стационарными и мобильными телефонами хороша, но, вероятно, она недооценивает потенциал быстрых изменений. Когда Ма Белл впервые почувствовала, что у нее проблемы, мобильная связь все еще находилась в зачаточном состоянии. Вспомогательная технология здесь является зрелой. Это может быстро масштабироваться за пределы нынешних разовых усилий «сделай сам».Объединив солнечную энергию, хранилище и генератор, отключиться от сети не просто возможно — это может быть просто.

Пока это будет недешево. Подрыв укоренившихся отраслей никогда не бывает. Первый автомобиль Теслы, родстер, стоил шестизначную сумму. Однако благодаря инновациям и масштабу затраты снизились. То же самое произойдет и с домами, не подключенными к сети.

Другой звук, который вы слышите, это крики экологов о том, что мы больше не можем использовать ископаемое топливо. Это благотворная идея: производство электроэнергии на природном газе загрязняет воздух.В утопии мы могли бы питать все возобновляемыми источниками энергии. К сожалению, законы физики не подчиняются нашим желаниям. Почти во всех ситуациях 100% возобновляемые источники энергии просто непрактичны.

С другой стороны, даже если изменение климата не является для вас неотложной проблемой, генераторы также не являются решением. Они громкие и их сложно обслуживать, особенно при использовании более пары дней подряд.

Именно здесь в игру вступает интеграция солнечной энергии и накопителя. Моя компания подсчитала, что большинство интегрированных автономных систем, правильно спроектированных, будут использовать генератор пропана менее чем в 5% случаев.И это еще не все: по мере того, как дома электрифицируют свои потребности в отоплении, выход из электрической сети также будет означать отказ от сети природного газа.

Устойчивость энергосистемы важнее, чем принято считать. В то время как основное внимание уделяется событиям, связанным с погодой, которые будут все больше и больше бросать вызов сети, отключения электроэнергии, вызванные деятельностью человека, могут быть еще более разрушительными.

Прошлогодняя атака программы-вымогателя на Colonial Pipeline вызвала нехватку топлива и линии на заправочных станциях, но так же легко вывести из строя электрическую сеть.Кибератака на системы управления может привести к отключению электроэнергии на несколько недель. Кто-то, у кого есть не более чем дробовик, может обстрелять подстанции и вывести из строя сеть. Согласно недавнему исследованию Министерства внутренней безопасности, экстремисты «разработали заслуживающие доверия конкретные планы атак на инфраструктуру электроснабжения».

Все это будет непросто. Во-первых, массовое производство и распределение электроэнергии необходимы для зданий и производств с высокой интенсивностью. Мы не можем просто полностью выйти из сети. Но поскольку дома с перерезанным проводом больше не потребляют электричество, сеть будет менее нагружена для тех, кто в ней нуждается.Это должно быть хорошей новостью для сетевых операторов.

Существует также критический вопрос о капитале богатых домовладельцев, отключающихся от сети: не придется ли жителям с низкими доходами платить за обслуживание системы? Если ничего не изменится, ответ положительный.

Но подождите секунду. Если дома будут отключены от сети, нам не понадобится такой же уровень инфраструктуры (и связанные с этим тарифы). И в Евангелиях не говорится: «Электроэнергетика будет приносить деньги, от каждой инвестиции во всю инфраструктуру, навсегда».

Это бизнес. Если они недооценили грядущее движение автономных домов и нам не нужно столько традиционной коммунальной инфраструктуры, то это их проблема, а не наша. Для них это в принципе иностранный язык, но коммунальщики должны ознакомиться с термином «потеря денег».

Общая структура — как мы помогаем уязвимым сообществам и сделать коммунальные услуги целостными; давайте сделаем это беспроигрышным! — ерунда. Это также имеет личный резонанс. После урагана «Мария» в 2017 году я был в ужасе от нашего отсутствия реакции на жителей Пуэрто-Рико, миллионы которых месяцами оставались без электричества.

Электросеть и монопольное коммунальное предприятие были (и остаются) неэффективными для острова и его уязвимых сообществ. И все же широко распространенное решение заключалось в том, чтобы починить коммунальное предприятие, затем заставить коммунальное предприятие платить за улучшение сети вместе с некоторыми солнечными батареями, и тогда, я думаю, все будет хорошо.

С меня хватит. Несмотря на то, что я построил карьеру на коммунальных и сетевых проектах, я сосредоточился на распределенной энергии. Я не мог продолжать наблюдать, как рушатся централизованные сети, надеясь, что какое-то волшебное сочетание государственного надзора, или субсидий, или вмешательства регулирующих органов все изменит.

Спустя более четырех лет после Марии и 14 месяцев после глубокой заморозки в Техасе, было много заламывания рук, но коммунальные службы и правительства по-прежнему делают немного больше, чем крутят колеса.

Большинству техасцев пора сказать: хватит уже. Забудьте о сетке.

Сэм Брукс — основатель и исполнительный директор Starfish Electric. Он написал эту колонку для The Dallas Morning News.

Полный раздел мнений можно найти здесь .Есть мнение по этому вопросу? Отправьте письмо в редакцию и, возможно, вас опубликуют.

Возобновляемая энергия угрожает перегрузить сеть. Вот как он может адаптироваться.

Эта статья была впервые опубликована в ноябре 2018 года.


Энергосистема США, по некоторым оценкам, является самой большой машиной в мире, чудом современности, охватывающим весь континент. И, несмотря на его случайные широко разрекламированные сбои, он удивительно надежен, снабжая энергией почти каждого американца, почти каждую секунду каждого дня.

Это особенно примечательное достижение, учитывая, что до недавнего времени почти ничего из этой энергии нельзя было сохранить. Все это должно быть сгенерировано, отправлено по милям проводов и доставлено конечным пользователям именно в ту секунду, когда им это нужно, в идеально синхронизированном танце.

Учитывая миллионы американцев, миллиарды их электрических устройств и тысячи миль электрических проводов, это просто удивительно.

Тем не менее, как вы, возможно, слышали, сетка перегружена.Количество отключений электроэнергии из-за экстремальных погодных условий (ураганов, наводнений, лесных пожаров) растет, отчасти из-за изменения климата, которое будет только ухудшаться. Потребность в местной устойчивости перед лицом климатического хаоса постоянно растет.

Более того, мир энергетики быстро меняется. Система, построенная вокруг больших централизованных электростанций и односторонних потоков энергии, сталкивается с появлением более умных и чистых технологий, которые предлагают новые способы производства и управления энергией на местном уровне (вспомните солнечные панели и батареи).

Если старые системы не будут переосмыслены и перепроектированы, они могут в конечном итоге замедлить и увеличить стоимость перехода на экологически чистое электричество (и затруднить борьбу с изменением климата).

Энергетики знают, что напряжение начинает проявляться. Реформа энергетического сектора в наши дни находится в центре внимания, с активными дискуссиями и экспериментами в отношении дизайна тарифов, рыночных реформ, субсидий, правил и законодательных целей.

Но, по словам Лоренцо Кристова, появление новых энергетических технологий должно привести к шагу назад и новому, целостному взгляду, а не просто реактивной борьбе за политику.Теперь, занимаясь частной практикой в ​​качестве консультанта по энергетике, Кристов видел проблемы, стоящие перед энергосистемой, будучи давним директором Калифорнийского независимого системного оператора (CAISO), который управляет электросетью Калифорнии.

«Поскольку эти устройства — генераторы, накопители и элементы управления — становятся дешевле и мощнее, — говорит он, — каждый конечный потребитель сможет получать большую часть своей энергии на месте или в сообществе. Это касается каждого уровня электрической системы».

Отступить и подумать о гриде на системном уровне с точки зрения его ключевых действующих лиц и функций — это область дисциплины, известной как «архитектура грида».

Уверяю вас, «решетчатая архитектура» — это не термин, предназначенный для того, чтобы зажечь сердце. Но это чрезвычайно важно, и ставки высоки. Опасность заключается в том, что политики вернутся в будущее, реагируя на один энергетический кризис за раз, пока растущая сложность энергосистемы не приведет ее к поломке. Но если они думают и действуют на опережение, они могут опередить растущие изменения и разработать систему, которая их использует и ускоряет.

Настало время переосмыслить систему с нуля.

Что такое грид-архитектура?

В Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории есть центр сетевой архитектуры, который предлагает несколько полуполезных определений. Системная архитектура — это «концептуальная модель, которая определяет структуру, поведение и основные ограничения системы». Сетевая архитектура — это «применение системной архитектуры, теории сетей и теории управления к электросетям».

Да, я понимаю, что не совсем понятно. Подумайте об этом так: грид-архитектура предлагает концептуальные инструменты, необходимые для изменения структуры грид-системы, чтобы она могла лучше приспосабливаться к текущим разрушительным изменениям, т.е.е., переход от централизованных электростанций и односторонних потоков энергии к огромному количеству мелких ресурсов на краю сети.

Структура системы определяет ее свойства и поведение — на что она способна, какие типы изменений она приветствует или сопротивляется, каких результатов она может достичь и какие условия могут подтолкнуть ее к провалу. Необходима реформа на структурном уровне.

Вот что, давайте сразу перейдем к делу. Как и многие концепции в энергетике, сетевая архитектура имеет больше смысла, когда вы смотрите на специфику.Итак, я собираюсь описать (с иллюстрациями неподражаемого Хавьера Заррачины из Vox) текущую архитектуру сети, причины думать, что она нуждается в реформе, и предложение по новой архитектуре.

На самом деле, есть два противоположных предложения: одно удваивает нынешнюю нисходящую систему, а другое — более амбициозное, но, на мой взгляд, намного превосходящее — переделывает систему сетки вокруг новой восходящей парадигмы.

Во всяком случае, я надеюсь убедить вас в том, что изменение способа проектирования энергосистемы является ключевым шагом — возможно, ключевым шагом — в раскрытии всего потенциала экологически чистых энергетических технологий, которые потребуются для обезуглероживания электроэнергетического сектора и удовлетворить новый спрос, связанный с электрификацией других энергоемких секторов, таких как транспорт и здания.

И, как я уже писал ранее, декарбонизация электроэнергетического сектора имеет центральное значение для решения проблемы изменения климата. Правильная установка сетки жизненно важна. Итак, давайте посмотрим.

Сетка работала над моделью сверху вниз целый век

С тех пор, как в начале 20-го века сеть начала серьезно расти, она работала по одной и той же базовой модели. Электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и подается в высоковольтные линии электропередач, которые могут передавать ее на большие расстояния.В различных точках пути мощность сбрасывается из системы передачи в местные распределительные зоны (МРП) через подстанции, где трансформаторы снижают напряжение, чтобы оно не поджарило местных жителей.

Распределительные провода передают питание от этих интерфейсов передачи-распределения (TD) в различных направлениях к конечным пользователям. Напряжение снова понижается трансформаторами на опорах, а затем мощность подается в здания через счетчики, которые ведут учет потребления. Как только он оказывается «за счетчиком», его используют компьютеры, посудомоечные машины и зарядные устройства для iPhone.

Хавьер Заррачина

Одной из примечательных особенностей этой модели является то, что мощность распространяется только в одном направлении, поэтому гидрологические метафоры так популярны в объяснениях сетей. Линии электропередач подобны могучим рекам, которые впадают в городские системы распределения воды, где вода/электроэнергия доходит до конца линии и потребляется. Ни в коем случае вода не поднимается обратно вверх по трубопроводу.

В то время как система передачи в США действует как настоящая сеть — она сильно взаимосвязана, поэтому мощность может передаваться туда, где она необходима — «распределительные фидеры», которые перекачивают мощность в LDA, этого не делают. Распределительные фидеры, как правило, имеют «радиальную» конструкцию, что означает, что мощность передается от подстанции вдоль ветвей к конечным пользователям в одном направлении. (Существуют и другие конструкции распределительных фидеров, в которых LDA подключается к двум или более подстанциям, но они менее распространены, поэтому мы будем упрощать их.)

Важно понимать, как эти различные части энергосистемы управляются в США. К сожалению, это означает, что я собираюсь поразить вас градом аббревиатур. Приготовьтесь.

Сеть передачи управляется, в зависимости от региона, независимым системным оператором (ISO), региональной организацией передачи (RTO) или электроэнергетической компанией, не являющейся членом ISO или RTO. (Все это версии операторов системы передачи — TSO, общий термин, популярный в Европе, — поэтому в оставшейся части этого поста и на иллюстрациях я буду использовать этот термин.)

Поскольку передача осуществляется через границы штатов, TSO находятся под федеральной юрисдикцией. В частности, они должны следовать правилам, установленным Федеральной комиссией по регулированию энергетики (FERC). FERC отвечает за надежность сети передачи с помощью Североамериканской корпорации по надежности электроснабжения (NERC), некоммерческой общественной корпорации, которая анализирует надежность сети и обеспечивает соблюдение стандартов надежности.

В некоторых регионах коммунальные предприятия по-прежнему являются «вертикально интегрированными», что означает, что они владеют электростанциями, а также являются «предприятиями, обслуживающими нагрузку» (LSE), распределяющими электроэнергию на местном уровне.Но в районах, обслуживающих около двух третей потребителей в США, коммунальный сектор был «реструктурирован», что привело к его разделению. (Этот пост в основном посвящен реструктурированным областям, хотя он применим и за их пределами.)

В реструктурированных регионах распределительные компании не владеют электростанциями. Они покупают электроэнергию для своих местных потребителей на оптовых рынках, где конкурируют владельцы электростанций («генкомпаний»), продавая свою электроэнергию (и другие энергетические услуги) на аукционах. Оптовые рынки электроэнергии находятся в ведении TSO и под юрисдикцией FERC.

Распределительные системы, поскольку они обычно не пересекают границы штатов, находятся под юрисдикцией штатов. За них несут ответственность энергетические компании, государственные комиссии по коммунальным предприятиям (PUC), которые осуществляют надзор за коммунальными предприятиями, и законодатели штатов, принимающие законы, которым должны следовать коммунальные предприятия. (Муниципальные коммунальные предприятия и электроэнергетические кооперативы также эксплуатируют распределительные системы, подчиненные местным органам управления, а не государственным комиссиям.) Эти коммунальные предприятия несут ответственность за надежность распределительных систем.Они действуют как операторы системы распределения (DSO).

Все еще со мной? Со стороны передачи TSO наблюдают за оптовыми рынками, регулируемыми FERC и управляемыми NERC. Что касается распределения, DSO обеспечивают связь с конечными потребителями и регулируются законодательными собраниями штатов и PUC штатов или местными органами управления.

Итак, вот снова эта модель:

Хавьер Заррачина/Vox

Это базовая сетевая архитектура, существующая с незапамятных времен.

Но за последние несколько десятилетий все начало меняться.

Три тенденции в области экологически чистой энергии меняют мир

Изменения в мире электричества многочисленны и разнообразны, но они сводятся к трем основным тенденциям.

Во-первых, рост возобновляемых источников энергии. Ветер и солнце усложняют управление сетью, потому что они непостоянны — они приходят и уходят вместе с погодой. Вы не можете увеличивать и уменьшать их по желанию, как вы можете работать на ископаемом топливе. Восходит солнце, вы получаете поток энергии от всех этих солнечных батарей; солнце садится, вы ничего не получаете.

Это значительно увеличивает сложность согласования спроса и предложения в режиме реального времени и создает острую потребность в гибкости. Сеть с большим количеством возобновляемых источников энергии остро нуждается в ресурсах, которые могут увеличиваться и уменьшаться или иным образом компенсировать их естественные колебания. Интеграция высоких уровней переменных возобновляемых источников энергии уже создает проблемы для таких сетей, как калифорнийская.

Во-вторых, рост распределенных энергоресурсов (РЭР): маломасштабные энергоресурсы часто (хотя и не всегда) находятся «за счетчиком» на стороне потребителя.Некоторые РЭР вырабатывают энергию, например, солнечные панели, небольшие ветряные турбины или комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ).

Некоторые РЭР хранят энергию, например аккумуляторы, топливные элементы или тепловые накопители, такие как водонагреватели. А некоторые DER контролируют и управляют энергией, например, интеллектуальные термостаты, интеллектуальные счетчики, интеллектуальные зарядные устройства и системы управления энергопотреблением всего здания. (Самые старые и до сих пор наиболее распространенные РЭР — это дизель-генераторы, которые явно не идеальны с точки зрения климата.)

DER иногда называют технологиями «края сети», поскольку они существуют на нижнем краю сети, рядом или за счетчиками клиентов.Они быстро растут в разнообразии, сложности и кумулятивном масштабе, и по мере их роста они открывают возможности для объединения более локальных энергетических сетей — если сети могут с ними справиться. (Подробнее об этом позже.)

Хавьер Заррачина/Vox

Третьей тенденцией является возрастающая сложность и снижение стоимости информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). По мере того, как датчики и процессоры продолжают дешеветь, становится все более возможным точно видеть, что происходит в распределительной сети вплоть до отдельного устройства, и делиться этими знаниями в режиме реального времени через Интернет.Можно генерировать больше информации, а с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения управлять информацией и энергией можно более разумно.

Если первая тенденция, рост производства возобновляемой энергии, создает потребность в гибкости энергосистемы, то две вторые, РЭР и ИКТ, могут помочь обеспечить эту гибкость — если они разрешены и поощряются.

Но есть основания полагать, что современная грид-архитектура не совсем подходит для их реализации и поощрения.

РЭР дорожают на оптовых рынках электроэнергии

Простой факт заключается в том, что РЭР могут делать многое из того, что раньше могли делать только крупные традиционные электростанции, например, генерировать энергию и предоставлять сетевые услуги, такие как регулирование мощности, напряжения и частоты и «синтетическая инерция».«Они также могут делать то, чего не могут электростанции, например, накапливать энергию и экономить ее использование.

Это означает, что РЭР могут все чаще помогать сглаживать колебания спроса и производства возобновляемой энергии на местном уровне, не обращаясь к удаленным электростанциям.

С помощью новых ИКТ можно объединить DER в большие операционные блоки — их иногда называют «виртуальными электростанциями» (VPP), хотя это немного вводит в заблуждение, поскольку они могут делать то, на что не способны обычные электростанции.Виртуальные электростанции собираются «агрегаторами». Это быстрорастущий рынок.

Существуют также физические агрегаты РЭР, известные как микросети, локальные системы электроснабжения, которые могут работать либо подключенными к основной энергосистеме, либо, по крайней мере, временно, как «остров», отключенными от нее.

Микросети могут делать то же самое, что и виртуальные электростанции, и в качестве бонуса они также предоставляют своим жителям услуги резервного питания на случай отключения электроэнергии. (Забавный факт: одна из крупнейших микросетей в США — это буквально остров — она управляет Алькатрасом у побережья Сан-Франциско.)

Теперь вот где все становится сложнее для старой модели сетки. Есть все эти новые DER, которых с каждым днем ​​становится все больше, и они взаимодействуют все более изощренными способами. Они могут производить электроэнергию и услуги не только для клиентов, за счетчиками которых они стоят, но и для сети в целом.

Но физическая сеть, DSO, TSO и существующие регулирующие структуры были разработаны для односторонних потоков энергии. Как можно полностью реализовать ценность электроэнергии и услуг, предоставляемых РЭР? Например, кому DER должны продавать свои услуги?

Помните, что почти все рынки электроэнергии в США управляются операторами транспортных сетей на уровне передачи.DER висят на нижнем краю сетки под эгидой DSO.

До сих пор решение, как оно есть, заключалось в том, чтобы предоставить РЭР некоторый ограниченный доступ к оптовым рынкам электроэнергии. Агрегаторы объединяют мощность и услуги и предлагают их на этих рынках.

Итак, вот модель сейчас, когда мощность течет вниз к краю сети, а затем, от DER, течет обратно на оптовые рынки:

Хавьер Заррачина/Vox

Теперь вопрос заключается в том, сможет ли существующая грид-архитектура идти в ногу со временем, учитывая постоянное развитие и изобилие DER.

Два противоположных видения будущей электросети

Электроэнергетический сектор быстро меняется, и сеть меняется вместе с ним. Это будет продолжаться несмотря ни на что. Вопрос заключается в том, укреплять ли и улучшать текущую грид-архитектуру или придумывать и строить что-то новое.

Этот выбор изложен в «Истории двух видений: проектирование децентрализованной транзакционной электрической системы», опубликованной в 2016 году в журнале IEEE Power and Energy Magazine Кристовым, Полом Де Мартини из Калифорнийского технологического института и Джеффри Тафтом из Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория.

Кристов, Де Мартини и Тафт обрисовывают два способа управления множеством DER, включающие различные роли для TSO и DSO. Они целенаправленно описывают два противоположных полюса, две противоположные крайности, признавая, что в реальном мире многие системы будут неким смешением или могут постепенно и медленно переходить из одной в другую.

Первое видение является логическим продолжением существующей системы оптового рынка, только с гораздо большим числом задействованных РЭР. Авторы исследования называют это моделью «большой центральной оптимизации», потому что вся оптимизация, вся балансировка спроса и предложения будут выполняться в одном месте, TSO.Это модель «полного TSO».

В соответствии с моделью Grand Central TSO будут продолжать управлять и отправлять DER (или совокупность DER) для любых транзакций, затрагивающих оптовые рынки. Оптовые рынки стали бы гораздо более сложными, в них участвовало бы гораздо больше разнообразных участников.

Это была бы «минимальная модель DSO», в которой DSO, как правило, предприятие по распространению, не участвовало бы в таких транзакциях и продолжало бы просто поддерживать операции и надежность на уровне распределения.

Вот как может выглядеть Центральный вокзал с большим количеством DER, поставляющих энергию и услуги непосредственно на оптовые рынки снизу на краю сети:

Хавьер Заррачина/Vox

Это более или менее то, к чему система движется по умолчанию, если что-то серьезное не изменится. Но эволюция кажется менее преднамеренной, чем вопрос зависимости от пути и отсутствия целостного планирования.

Кристов, Де Мартини и Тафт обеспокоены тем, что Центральный вокзал — неправильная модель — что в конечном итоге она увеличит стоимость и сложность интеграции большего количества возобновляемых источников энергии и РЭР.

Подробности могут быть техническими, но с Центральным вокзалом есть две основные проблемы.

Во-первых, РЭР все чаще обслуживают двух хозяев. У них есть отношения с TSO в обход DSO в форме обязательств на оптовом рынке. У них также есть отношения с DSO; она должна управлять ими во имя стабильности и надежности распределительной сети.

По мере того, как DER и их агрегации становятся все более многочисленными и крупными, возникает риск того, что большие части системы получат дуэльные инструкции. Авторы статьи называют это «обходом уровней, который происходит, когда два или более системных компонента имеют множественные структурные отношения с конфликтующими целями контроля».

Вторая проблема просто сложность. DER все еще находятся на довольно начальном уровне развития, но в ближайшие годы они должны взорваться, поскольку панели на крыше, электромобили, домашние батареи и интеллектуальные счетчики становятся все более распространенными.Скоро будут всевозможные комбинации и агрегации на всех уровнях, в каждом из сотен LDA.

Оптовые рынки могут перейти от десятков участников к сотням, тысячам или сотням тысяч.

TSO придется много отслеживать — множество новых правил, новые механизмы обеспечения соблюдения и огромный объем вычислений. «В соответствии с этой моделью, — пишут Кристов, Де Мартини и Тафт, — TSO нуждается в подробной информации и обзоре всех уровней системы из области балансирующих полномочий [т.е.т. е., уровень TSO] вниз через систему распределения к счетчикам на конечных потребителях и устройствах, подключенных к распределению».

TSO должны будут отслеживать и управлять всей этой информацией, работая вместе и пытаясь координировать свои действия с десятками DSO, поддерживая локальную надежность.

Некоторые TSO уже жалуются в FERC на то, что государственная энергетическая политика искажает их оптовые рынки. Представьте себе, что в этих федеральных рынках участвуют тысячи участников РЭР, все из которых также подпадают под действие различных государственных энергетических политик и все они также ограничены требованиями надежности DSO.

Такие мысли вызывают у комиссаров FERC мигрень. Баланс интересов TSO с интересами десятков DSO будет бесконечной проблемой.

Некоторым экономистам нравится думать, что если бы каждый источник энергии и услуга оценивались должным образом, исходя из его стоимости в реальном времени и в зависимости от местоположения, рынок распределял бы электроэнергию с идеальной эффективностью. Просто разработайте правильные алгоритмы ценообразования и позвольте им рвать.

Но есть причины сомневаться в том, что системы распределения, наполненные причудливым и непредсказуемым человеческим поведением, могут адекватно управляться одной лишь невидимой рукой.Им нужен более индивидуальный подход.

Кристов, Де Мартини и Тафт в статье не высказывают никакой позиции относительно возможности модели Grand Central, но когда я спросил напрямую Де Мартини, он был откровенен. «Я не думаю, что модель большой централизации будет работать в масштабе, — сказал он, — поскольку слишком много динамических, случайных переменных [в системах распределения], в которых участвуют как машины, так и люди».

«Когда я думаю о том, что TSO пытается получить полное представление о том, что происходит в системе распределения, объединяя это в одновременную оптимизацию с сетью передачи, это просто не имеет смысла», — сказал мне Кристов.«Это кажется излишне сложным. Но если у вас этого нет, вам нужно, чтобы DSO взял на себя некоторые обязанности более высокого уровня».

Что приводит нас к альтернативе Центральному вокзалу.

Новая восходящая архитектура сетки

Альтернативная грид-архитектура, предложенная авторами исследования, элегантно решает эти проблемы. Это называется… держитесь за шляпы… «децентрализованная структура оптимизации с многоуровневой декомпозицией». Ух!

Давайте переведем это на английский.(Примечание: многоуровневая или «ламинарная» структура — знакомая концепция в телекоммуникациях и архитектуре программного обеспечения. Она несколько новее для энергосистем.)

В модели Grand Central TSO оптимизирует все в одном месте, не только электростанции на уровне передачи, но тысячи РЭР и агрегатов на уровне распределения, в обслуживании оптовых рынков и надежности системы передачи, имея при этом достаточную реальную видимость времени в системе распределения, чтобы избежать конфликтов с местными потребностями в надежности.

В предложенной Кристовом, Де Мартини и Тафтом модели — которую я буду называть LDO для многоуровневой децентрализованной оптимизации, потому что я не хочу снова вводить все эти слова — каждый уровень, уровень передачи и уровень распределения, будет отвечать за собственную оптимизацию и собственную надежность.

Помните обход уровней? Модель LDO предотвратит это, эффективно изолируя слои друг от друга, за исключением точек их электрического интерфейса. Единственная точка связи и координации между уровнем передачи и нижележащим уровнем распределения будет на интерфейсе TD (подстанции).Все, что ниже интерфейса TD, будет управляться и оптимизироваться DSO.

Ответственность «разлагается» на нижележащий уровень — вот что означает «слоистая декомпозиция».

DSO уравновешивает спрос и предложение в пределах местной распределительной зоны (LDA), используя, насколько это возможно, местные DER. Затем он объединил бы все оставшееся предложение или спрос в единую заявку на оптовые рынки (либо покупку, либо предложение мощности).

Хавьер Заррачина/Vox

Это радикально упростило бы работу TSO.

Ему не нужно будет отслеживать, управлять и распределять десятки тысяч DER, агрегатов DER и микросетей по LDA в своем регионе. DSO со всем этим справится.

Каждый DSO будет представляться TSO как единое целое на каждом интерфейсе TD. Все, что нужно будет сделать TSO, — это принять одну совокупную оптовую рыночную заявку от каждого интерфейса TD, которых будут десятки или сотни (а не десятки тысяч). Это сохранит простоту и управляемость оптовых рынков.

Точно так же, как ответственность за оптимизацию будет декомпозироваться вниз, то же самое произойдет и с ответственностью за надежность.

TSO будет нести ответственность только за надежность системы передачи, вплоть до интерфейса TD. Кроме того, каждый DSO будет нести ответственность за надежность в рамках своего LDA.

Каждая грид-архитектура должна иметь «координационную структуру», которая распределяет основные роли и обязанности между различными компонентами системы. Архитектура LDO представляет собой модель «максимального DSO» или «полного DSO», поскольку она возлагает на DSO существенные новые роли и обязанности, намного превышающие те, которые возложены на них текущей системой.(Мы поговорим об этом чуть позже.)

Полностью масштабируемая архитектура

У архитектуры LDO есть много преимуществ, о которых мы поговорим ниже, но одно из них стоит выделить — это масштабируемость. LDO служит способом управления сложностью вверх (или вниз) в любом масштабе.

Электрическая система не обязательно должна иметь только два уровня; его может быть много.

Напомним, что в модели LDO уровень передачи взаимодействует с уровнем распределения только на ограниченном количестве интерфейсов TD.Единственное взаимодействие системы распределения с системой передачи над ней происходит в этой единственной точке.

Но под этим первым слоем распределения может быть еще один слой. И он мог бы взаимодействовать с этим первым уровнем распределения так же, как первый уровень распределения взаимодействует с уровнем передачи, т. е. через единый интерфейс. Обязанности снова декомпозируются вниз — второй слой будет отвечать за собственную оптимизацию и надежность.

А под ним может быть третий слой и четвертый, и так до бесконечности.

Например, представьте себе локальную микросеть, которая объединяет десятки зданий, солнечных панелей, комбинированных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), аккумуляторов, зарядных станций для электромобилей и, возможно, даже несколько небольших микросетей в единую сеть (университетский городок). , сказать). Эта сеть может быть отделена от более крупной сетки и работать самостоятельно, по крайней мере, в течение ограниченного времени, если произойдет отключение электроэнергии.

Эта микросеть — еще один уровень. Вместо того, чтобы управлять десятками DER, DSO теперь управляет микросетью как единым агрегированным активом. Что касается микросети, то ее взаимодействие с более крупным уровнем распределения над ней осуществляется только через единый интерфейс. Он отвечает за собственную оптимизацию и надежность и при необходимости может отключаться.

Теперь представьте, что большая микросеть содержит несколько меньших микросетей. Каждый из них соединяет, скажем, три здания, несколько солнечных батарей и несколько аккумуляторов.

То же самое: существует единая точка контакта между большой микросетью и каждой маленькой микросетью (таким образом, все упрощается для большой микросети). Ниже этих точек ответственность снова разделяется на уровень малых микросетей.

Теперь представьте, что одна из небольших микросетей содержит здание (скажем, больницу), которое само по себе является микросетью — у него есть солнечные батареи на крыше, дизельные генераторы в подвале, несколько батарей и интеллектуальный инвертор, который позволяет ей отключаться. от малой микросети в чрезвычайных ситуациях.

Та же сделка: одна точка контакта с микросетью над ней; ответственность раскладывается вниз.

Теперь представьте, что в больнице есть отделение экстренной помощи, которое само по себе является микросетью (наносетью? тини-винигрид?), с интеллектуальным инвертором и одним дизельным генератором, которого достаточно для питания пары респираторов и мониторов.

Та же сделка: единое контактное лицо; ответственность разлагается.

Поскольку ответственность передается вниз, ни одна организация не застревает в отслеживании и отправке огромного количества DER.И обхода уровня нет. Каждый слой отвечает сам за себя и взаимодействует с вышестоящим уровнем через единую точку контакта.

Это помогает решить проблему быстро растущей сложности в электроэнергетическом секторе. В то время как в модели Grand Central TSO должен будет единолично следить за всеми цветущими и гудящими DER под ним — которые, будем серьезными, в конечном итоге переполнят его — в модели LDO каждый уровень является собственным, управляемым. домен.

Архитектура многоуровневой сетки сталкивается с серьезными препятствиями в реальном мире

Есть множество причин, по которым видение LDO будет медленно воплощаться в жизнь, если вообще когда-либо произойдет.Это серьезный отход от централизованной архитектуры «сверху вниз», которая доминировала последние 100 лет, и поэтому требует целого ряда правовых, нормативных и экономических изменений во многих юрисдикциях.

Среди прочего, локальные распределительные службы должны быть значительно усилены, чтобы стать максимальными DSO. В архитектуре LDO, как пишут Кристов, Де Мартини и Тафт, DSO «должны будут предоставить рынок уровня распространения с открытым доступом, который будет агрегировать предложения DER для оптового рынка, получать услуги от квалифицированного DER для поддержки операций системы распределения и включить одноранговые транзакции в пределах данного LDA и, возможно, даже между LDA.

Здесь предстоит выяснить много нового (хотя многие технические вопросы рассматриваются в документах Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и других). Даже там, где прогресс движется в направлении LDO, он будет формироваться в соответствии с местными условиями и, вероятно, будет мало-консервативным.

Тем не менее, в секторе наступили нестабильные времена, и коммунальные предприятия, и регулирующие органы одинаково нервно задаются вопросом, как опередить кривую. Если смелая утилита продемонстрирует максимальный DSO, возможно, это вызовет волну подобных реформ.

Вместо того, чтобы пытаться предсказать возможное распространение модели LDO, давайте поговорим еще о нескольких преимуществах.

Архитектура LDO даст больше власти местным жителям

Помимо масштабируемости, наиболее примечательной особенностью архитектуры LDO является то, что она переворачивает систему сверху вниз. Ответственность за электроэнергию — а вместе с ней и социальную и политическую власть — декомпозируется вниз, на местный уровень, а не концентрируется наверху.

Начиная с самого нижнего уровня, часто за счетчиком клиента, каждый уровень будет иметь интеллектуальный контроллер, обеспечивающий максимальную эффективность и уверенность в себе.Только в той мере, в какой оно не в состоянии обеспечить себя, оно будет стремиться к власти на следующем уровне.

На этом уровне интеллектуальный контроллер также будет оптимизировать все свои разнообразные ресурсы в поисках эффективности и самодостаточности. Только в той мере, в какой оно не в состоянии обеспечить себя, оно будет стремиться к власти на следующем уровне. И так далее.

Эта архитектура помещает локальные DER на нижнем краю сети первыми в стеке приоритетов, гарантируя их оптимизацию и полное использование до того, как какой-либо LDA запросит питание от системы передачи.Большие централизованные электростанции становятся последним средством, а не первым.

Сообщество солнечных. Стефани Бауэр, через Сиэтл Сити Лайт

А теперь остановимся, чтобы предупредить пару возможных возражений.

Во-первых, ничто в архитектуре LDO не подразумевает, что для уровня плохо запрашивать мощность у уровня выше него или что для LDA плохо запрашивать мощность из сети передачи. Большинство уровней и большинство LDA, особенно в первые дни существования DER, далеко не полностью самодостаточны и будут таковыми в течение некоторого времени.Им потребуется мощность передающей сети. Многие всегда будут.

И это нормально. Пределы энергетической самодостаточности — это не моральные недостатки, это вопрос местного климата, плотности населения и техники. Различные сообщества будут по-разному ценить самодостаточность. Некоторые будут стремиться к независимости, насколько это возможно, возможно, даже станут нетто-производителями, продающими электроэнергию на оптовых рынках. Некоторые будут довольны тем, что получат большую часть своей энергии от сети электропередачи. У каждого будет свой выбор, сформированный местными условиями и ограничениями.

Весь смысл больших электростанций и охватывающей континент (или хотя бы частично охватывающей континент) энергосистемы состоит в том, чтобы обеспечить всех резервным питанием, чтобы мы не были ограничены местными условиями. Это красивая вещь; никому не нужно извиняться за его использование.

Во-вторых, в энергетическом мире часто существует ложная дихотомия: сторонники крупных электростанций и больших сетей («трудный путь» в развитии энергетики) с одной стороны и сторонники самодостаточных локальных сетей с другой. DER («мягкий путь») с другой.

Архитектура LDO точно отвечает на этот вопрос. Каждый уровень оптимизируется, а затем отрисовывается на уровне выше, вплоть до уровня передачи. Местные DER систематически максимизируются, несмотря на то, что все пользуются преимуществами резервного питания электростанции/передающей сети.

То, что переворачивается, является приоритетом, а вместе с ним и силой. Выдвижение на передний план местных ресурсов, наконец, сделало бы города и регионы (их автопарки, их строительные нормы и правила зонирования, их инфраструктуру, их уязвимости) полноправными партнерами в оптимизации и обезуглероживании энергии.

«Многое из того, что мы считаем электрификацией и декарбонизацией, будет реализовано посредством местного планирования, — говорит Кристов, — будь то переосмысление мобильности в городских районах или модернизация зданий, это местные инициативы, которые создадут местные рабочие места. Таким образом, вы начинаете иметь местное экономическое развитие как следствие этой децентрализации».

Архитектура LDO будет структурировать местные потребности, местные устремления и местную устойчивость непосредственно в усилиях по обезуглероживанию.

Хавьер Заррачина/Vox

Внедрение DER приведет к огромным инновациям

Это также вызвало бы всплеск энергетических инноваций. Прямо сейчас, благодаря устаревшим моделям регулирования, коммунальные предприятия часто враждебно относятся к DER, которые все чаще способны заменить сетевую инфраструктуру. Все, что снижает потребность коммунальных предприятий вкладывать средства в расширение инфраструктуры, угрожает их финансовой отдаче.Следовательно, они часто демонстрируют ровно столько поддержки РЭР, сколько требуется законодателями, и не более того.

В модели LDO DSO не будут зарабатывать деньги на инвестициях в инфраструктуру и не будут владеть DER. Они будут зарабатывать деньги, предоставляя услуги. Каждый DSO будет управлять тем, что фактически является рынком уровня распределения в рамках своего собственного LDA. РЭР будут предлагать свою энергию и услуги, местное предложение и спрос будут соответствовать, насколько это возможно, а DSO представит оставшуюся часть как единую покупку на оптовом рынке (при наличии остаточного спроса) или заявку (при наличии остаточного предложения) по интерфейс ТД.

В результате каждая РЭР или агрегация, каждый уровень будут иметь финансовый стимул для оптимизации собственных ресурсов и максимизации собственной самодостаточности — производить как можно больше энергии и потреблять как можно меньше. Это создаст огромный спрос на инновации DER.

И помните, инновации DER не похожи на старые инновации в энергетическом секторе. Ископаемое топливо и атомные электростанции бывают только в одном приращении: большие. Их создание, итерация и улучшение занимает много времени, а капитальные барьеры для входа на этот рынок высоки.

DER, как правило, меньше по размеру и больше связаны с информационно-коммуникационными технологиями (ИКТ), такими вещами, как электромобили, интеллектуальные автомобильные зарядные устройства, новые типы аккумуляторов или просто программное обеспечение для запуска всего этого. Столичные барьеры ниже; время, необходимое для итерации, намного меньше; обучение и улучшения распространяются гораздо быстрее.

Млекопитающие идут за динозаврами.

(Если вы хотите услышать, как Кристов больше говорит на эти темы, я настоятельно рекомендую это подробное интервью в подкасте Energy Transition Show — оно восхитительно занудно.)

Благодаря новой сетевой архитектуре РЭР могут сосредоточить внимание на локальной устойчивости и быстрой декарбонизации

В 2015 году Кристов опубликовал в журнале Public Utilities Fortnightly спекулятивный материал под названием «Будущая история завтрашней энергетической сети». Он написан как взгляд из 2050 года на энергетическую систему, которая развивалась с 2015 года, описывая ее эволюцию в модель LDO.

В период с 2020 по 2030 год, пишет он, пришло «осознание того, что РЭР будут доминировать в будущем, а не просто скрываться на обочине.

Это ключевой вопрос, стоящий перед электроэнергетическим сектором: находятся ли РЭР в авангарде масштабного и устойчивого расширения. Если они есть — а все признаки указывают на то, что они исчезнут, — то стоит заранее подумать о той системе электроснабжения, которая сможет управлять ими и максимизировать их.

Именно для этого и предназначена архитектура LDO: управление сложностью, ускорение обезуглероживания и повышение локальной устойчивости. Он передает ответственность за РЭР в руки самых близких и строит сеть снизу вверх, делая каждое сообщество партнером в великой борьбе с изменением климата.

Приближаются сильный ветер и сильный снегопад

Управление Национальной метеорологической службы в Миссуле сообщило KGVO News рано утром в понедельник, что в западную Монтану прибывает мощная погодная система, которая принесет в этот район сильный ветер и сильный снегопад.

Метеоролог Алекс Лукинбил предоставил подробную информацию о системе.

«У нас есть мощная система низкого давления, которую переместили на берег на побережье Орегона, и сегодня днем ​​она пойдет на восток в центр Айдахо», — сказал Лукинбил.«Поскольку эта система низкого давления движется на восток, мы увидим, как действительно сильные восточные ветры развиваются в западной Монтане, с довольно высокой вероятностью порывов ветра со скоростью не менее 50 миль в час в долине Миссула. Одна область, вызывающая особую озабоченность, находится в районе Гремучей змеи, где будут наблюдаться некоторые из более сильных порывов ветра, поэтому не удивляйтесь, если мы увидим, что некоторые порывы ветра достигают 60 миль в час в этом районе».

Фото с NWS Миссула

Фото с NWS Миссула

Лукинбил также подробно описал возможность сильного снегопада, особенно в районе Биттеррут.

«Снег, безусловно, еще одно серьезное воздействие на систему», — сказал он. «К вечеру и вечерним часам в центральном Айдахо и на юго-западе Монтаны мы увидим обильный снегопад. Мы увеличили наши прогнозы количества снега в долине Биттеррут от Гамильтона на юг до Коннора, где мы ожидаем от четырех до восьми дюймов снега».

Лукинбил сказал, что на юго-западе Монтаны ожидается более сильный снегопад.

«Тогда вдоль (континентального) водораздела и коридора I-90 от Гарнизон-Джанкшен до Бьютта мы ожидаем сильный снегопад где-то от шести до 10 дюймов вместе с сильным ветром.Так что, скорее всего, это будут периоды снежной метели и метель с метелью вдоль коридора I-90, так что это одна из областей, вызывающих особую озабоченность».

Лукинбил также сказал, что вся территория будет окутана глубоким морозом, учитывая тот факт, что сейчас середина апреля.

«Мы наблюдаем рекордно низкие температуры и высокие температуры, — сказал он. «Максимальные значения будут изо всех сил пытаться достичь заморозков во вторник и среду в западной Монтане. Из-за воздушной массы у подростков мы увидим понижения, даже однозначные числа вдоль водораздела.Для этого времени года будет аномально холодно. Поэтому мы определенно не рекомендуем сажать на этой неделе. Есть некоторые признаки того, что эта активная модель продолжится и в следующие выходные. Так что можно увидеть возвращение дополнительного снега в конце четверга в пятницу и, возможно, даже в эти выходные».

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться со специальным прогнозом погоды Национальной метеорологической службы.

СОВЕТЫ: ​​Вот как вы можете подготовиться к отключению электроэнергии

Познакомьтесь с Миссулой от А до Я

Все о Миссуле, штат Монтана.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.