Что такое петля фаза ноль простым языком: Измерение сопротивления петли фаза нуль

Содержание

Измерение сопротивления петли фаза нуль

Все об петли фаза-ноль

Нередко в домашней электрической проводке и силовых подстанциях возникают неполадки, в результате которых происходит естественный перекос фаз по нейтральной электроцепи. В таком случае, чтобы предотвратить проблему, делают измерение петли фазы ноль. Что это такое, как правильно произвести замер петли фаза нуль, какие приборы для этого использовать? Об этом и другом далее.

Что это такое

Петля фаза ноль — параметр, который по техническим нормативам должен проверяться в силовых установках, имеющих глухозаземленную нейтраль и напряжение до тысячи вольт. Это величина, которая нужна, чтобы предотвратить появление тока в электроцепи нейтрали из-за естественного фазного перекоса. Она образуется при подключении фазного провода к проводнику защитного или нулевого типа. В конечно итоге, образуется контур, имеющий собственное сопротивление с перемещающимся по нему электрическому току. Этот контур может состоять из защитного автомата, клеммов и других связующих.

Измерить самостоятельно петлю сложно из-за имеющихся недостатков. Так, сложно подсчитать все коммутационные элементы на выключателях, рубильниках, которые могли измениться при сетевой эксплуатации. Кроме того, нереально сделать расчет влияния аварии на значение сопротивления. Лучшим при этом методом будет замер поверенным аппаратом с учитыванием погрешностей.

Как проверить петлю

Проверка петли нужна для профилактики, а также для того, чтобы обеспечить корректную работу защитного оборудования с автоматическими выключателями, УЗО и диффавтоматами. Самой распространенной проблемой подключения чайника или другого электроприбора является отключение нагрузки автомата.

Обратите внимание! Ложное срабатывание защиты с нагревом кабелей и пожаром является большой показатель сопротивления.

Проверка делается для того, чтобы успешно работали удаленные и более массивные электрические приемники, но не больше 10% от всего числа. Проверка создается с помощью формулы Zпет = Zп + Zт / 3 где Zп является полным сопротивлением проводов петли фазы-ноль, а Zт считается показателем полного сопротивления трансформаторного питания.

Испытуемое электрооборудование отключается от сети. Потом создается на трансформаторной установке искусственный вид замыкания первого фазного провода на электроприемный корпус. После того, как будет подано напряжение, измеряется сила тока и напряжения вольтметром.

Обратите внимание! Сопротивление петли будет равно делению показателя напряжения на силу тока. Приобретенный результат должен быть арифметически сложен с полным сопротивлением трансформатора, поделенного на цифру 3.

Как делают замеры

Замеры нужно проводить по нормативному техническому документу ПТЭЭП, в соответствии с конкретной периодичностью — 1 раз в несколько лет. Система ППР прописывает необходимость текущего и капитального ремонта электрического оборудования. Это нужно, чтобы работало оборудование исправно.

Приборы для замеров

Учитывая тот факт, что результаты измерений петли востребованы, в качестве измерительных приборов применяется обычно мультиметр. Из других приборов используются наиболее часто:

М-417 — стрелочное удобное и простое в эксплуатации устройство, которое основано на калибруемой схеме мостового типа. Работает без необходимости снятия напряжения величиной до 380 вольт.
МZC-300 — современный измерительный аппарат, имеющий цифровую обработку измеряемых параметров с отображением на дисплее. Чтобы измерять напряжение до 250 вольт, можно использовать контрольный вид сопротивления в 10 Ом.
ИФН-200 — прибор, работающий под напряжением до 250 вольт, который может быть применен в качестве тестера. Однако при петлевых замерах, диапазон значений сопротивления ниже 1000 Ом.

Стоит отметить, что параметровое петлевое измерение сопротивления петли фаза нуль простое. Все что нужно, это присоединить щупы к контактным местам, которые нужно предварительным образом почистить при помощи наждака или напильника, чтобы минимизировать контактное сопротивление. После этого включается оборудование и на табло появляется результат.

Рассчет петли фаза-ноль

Перед тем, как измерить петлю фаза-ноль, необходима проверка плотности проводного соединения к защитным аппаратам. Если не остаются протянутыми провода, то смысла в измерении нет, поскольку точные данные не будут получены.

Обратите внимание! Цель расчета в выяснении соответствия номинального тока защиты с проводным сечением электроцепи. Замер должен быть произведен на самой удаленной точки линии измерения.

Сделав замер полного сопротивления цепи фаза нуль по предложенной схеме, на приборном дисплее будет отражена величина тока короткого замыкания. Этот показатель нужно сравнить по характеристике времени и току с расцепительным током срабатывания выключателя иди с предохранительной вставкой.

По нормативным требованиям расчет петли должен быть произведен в электролаборатории. Чтобы произвести данные работы, нужно получить наряд-допуск. При этом испытания могут производить взрослые люди с необходимыми знаниями в месте, не отличающейся повышенной опасностью или высокой влажностью.

Сопротивление в петли фаза-ноль

Для подсчета полного сетевого сопротивления электроустановки, нужно определить показатель электродвижущей силы, создающейся на трансформаторных обмотках. При этом замер напряжения должен быть под нагрузкой, в дополнение к теме проверка петля фаза ноль требования. Для этого следует подключить в розетки какой-либо расчетный прибор. Это может быть лампочкой. Делается замер напряжения и силы тока. Затем по закону Ома можно сделать определение полного сопротивления петли. Нужно учесть, что напряжение, которое замеряется в розетке, может отклоняться от номинального при нагрузке. Проверять оборудование следует, принимая во внимание этот факт.

Обратите внимание! Показание полного сопротивления проводниковой защиты между шиной и корпусом должно быть удовлетворено требованию: ZPE=U0/Zф0≤50В

В целом, петля фаза ноль — это контур, образующийся в момент соединения фазного проводника и нулевого рабочего защитного проводника. Проверяется она при помощи специальной формулы или измерительного прибора. При этом для вычисления петли и возобновления работы электросистемы, необходимо знать величину ее сопротивления, которую также можно найти профессиональным оборудованием.

Что такое петля фаза-ноль простым языком – методика проведения измерения

Электроприборы должны работать без нареканий, если электрическая цепь соответствует всем нормам и стандартам. Но в линиях электропитания происходят изменения, которые со временем сказываются на технических параметрах сети. В связи с этим необходимо проводить периодическое измерение показателей и профилактику электропитания. Как правило, проверяют работоспособность автоматов, УЗО, а также параметры петли фаза-ноль. Ниже описаны подробности об измерениях, какие приборы использовать и как анализировать полученные результаты.

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

Согласно правилам ПУЭ в силовых подстанциях с напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью необходимо регулярно проводить замер сопротивления петли фаза-ноль.

Электроэнергия, подаваемая потребителям, поступает с выходных обмоток трехфазного трансформатора, который подключен по схеме звезда. В результате естественного перекоса фаз по цепи нейтрали может протекать ток, поэтому для предотвращения проблемы измеряют фазу-ноль.

Петля фаза-ноль образуется в том случае, если подключить фазный провод к нулевому или защитному проводнику. В результате создается контур с собственным сопротивлением, по которому перемещается электрический ток. На практике количество элементов в петле может быть значительно больше и включать защитные автоматы, клеммы и другие связующие устройства. При необходимости, можно провести расчет сопротивления вручную, но у метода есть несколько недостатков:

сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;

невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Наиболее надежным способом считается замер значения с помощью поверенного аппарата, который учитывает все погрешности и показывает правильный результат. Но перед началом измерения необходимо совершить подготовительную работу.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка необходима для профилактических целей, а также обеспечения корректной работы защитных устройств, включая автоматические выключатели, УЗО и диффавтоматы. К примеру, распространенная проблема, когда в розетку включается чайник или другой электроприбор, а автомат отключает нагрузку.

Важно! Большое сопротивление является причиной ложного срабатывания защиты, нагрева кабелей и пожара.

Причина может заключаться во внешних факторах, на которые сложно повлиять, а также в несоответствии номинала защиты действующим параметрам. Но в большинстве случаев, дело во внутренних проблемах. Наиболее распространенные причины ошибочного срабатывания автоматов:

неплотный контакт на клеммах;
несоответствие тока характеристикам провода;
уменьшение сопротивления провода из-за устаревания.

Использование измерений позволяет получить подробные данные про параметры сети, включая переходные сопротивления, а также влияние элементов контура на его работоспособность. Другими словами, петля фаза-ноль используется для профилактики защитных устройств и корректного восстановления их функций.

Зная параметры автомата защиты конкретной линии, после проведения измерения, можно с уверенностью сказать, сможет ли автомат сработать при коротком замыкании или начнут гореть провода.

Периодичность проведения измерений

Надежная работа электросети и всех бытовых приборов возможна только в том случае, если все параметры соответствуют нормам. Для обеспечения нужных характеристик требуется периодическая проверка петли фазы-ноль. Замеры проводятся в следующих ситуациях:

После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
При требовании со стороны обслуживающих компаний.
По запросу потребителя электроэнергии.

Справка! Периодичность проверки в агрессивных условиях — не менее одного раза в 2 года.

Основной задачей измерений является защита электрооборудования, а также линий электропередач от больших нагрузок. В результате роста сопротивления кабель начинает сильно нагреваться, что приводит к перегреву, срабатыванию автоматов и пожарам. На величину влияет множество факторов, включая агрессивность среды, температура, влажность и т.д.

Какие приборы используют?

Для измерения параметров фазы используют специальные поверенные устройства. Аппараты отличаются методиками замеров, а также конструктивными особенностями. Наибольшей популярностью среди электриков пользуются следующие измерительные приборы:

М-417. Проверенное опытом и временем устройство, предназначенное для измерения сопротивления без отключения источника питания. Из особенностей выделяют простоту использования, габариты и цифровую индикацию. Прибор применяют в любых сетях переменного тока напряжением 380В и допустимыми отклонениями 10%. М-417 автоматически размыкает цепь на интервал до 0,3 секунды для проведения замеров.
MZC-300. Современное оборудование для проверки состояния коммутационных элементов. Методика измерений описаны в ГОСТе 50571.16-99 и заключается в имитации короткого замыкания. Устройство работает в сетях с напряжением 180-250В и фиксирует результат за 0,3 секунды. Для большей надежности работы предусмотрены индикаторы низкого или высокого напряжения, а также защита от перегрева.
ИФН-200. Устройство с микропроцессорным управлением для измерения сопротивления петли фаза-ноль без отключения питания. Надежный прибор гарантирует точность результата с погрешностью до 3%. Его используют в сетях с напряжением от 30В до 280В. Из дополнительных преимуществ следует выделить измерение тока КЗ, напряжения и угла сдвига фаз. Также прибор ИНФ-200 запоминает результаты 35 последних замеров.

Важно! Точность результатов измерения зависит не только от качества прибора, но и от соблюдения правил выполнения выбранной методики.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

Петля фаза ноль. Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль?

Электричество в настоящее время – это не только удобство и качество проживания, но это и большая опасность для человека. И хорошо, если проводку в доме делают профессионалы. Ведь свою работу они обязательно проверяют на степень безопасности. Каким образом? Для этого используется метод, основанный на создании высокой нагрузки в электрической разводке. Этот метод электрики называют измерением сопротивления петля фаза ноль.

Что это такое, и как формируется проверочная схема

Начать надо с пути, который проходит электрический ток от подстанции до розетки в доме. Обращаем ваше внимание, что в старых домах в электрике чаще всего присутствует сеть без заземляющего контура (земля), то есть, к розетке подходит фазный провод и нулевой (фаза и ноль).

Итак, от подстанции до дома сеть может быть длиною в несколько сот метров, к тому же она разделена на несколько участков, где используются разного сечения кабели и несколько распределительных щитов. То есть, это достаточно сложная коммуникация. Но самое главное, весь участок имеет определенное сопротивление, которое приводит к потерям мощности и напряжения. И это независимо от того, качественно ли проведена сборка и монтаж или не очень. Этот факт известен специалистам, поэтому проект сети делается с учетом данных потерь.

Конечно, грамотно проведенный монтаж – это гарантия корректной работы сетевого участка. Если в процессе сборки и разводки были сделаны отклонения от норм и требований или просто сделаны ошибки, то это гарантия увеличения потерь, сбоя работы сети, аварий. Вот почему специалисты проводят измерения показателей сети и анализируют их. Что это такое, и как формируется проверочная схема.

Видео измерения петля фаза ноль

Как измерить сопротивление петля фаза ноль

Чтобы подсчитать полное сопротивление сети (петля фазы и ноля), необходимо определить электродвижущую силу, которая создается на обмотках трансформатора. Правда, на подстанцию без специального допуска не пустят, поэтому измерение петли фаза-ноль придется делать в самой розетке. При этом учитывайте, что розетка не должна быть нагружена. После чего необходимо замерить напряжение под нагрузкой. Для этого включается в розетку любой прибор, это может быть даже обычная лампочка накаливания. Замеряется напряжение и сила тока.

Внимание! Нагрузка на розетке должна быть стабильной в процессе проведения замеров. Это первое. Второе – оптимальным вариантом считается, если в схеме ток будет силой от 10 до 20 ампер. В противном случае дефекты сетевого участка могут не проявиться.

Теперь по закону Ома можно определить полное сопротивление петли. При этом придется учитывать, что напряжение (замеряемое) в розетке может отклоняться от номинального при нагрузке и без таковой. Поэтому сначала надо высчитать сопротивление при разных величинах напряжения. Понятно, что при нагрузке напряжение будет больше, поэтому полное сопротивление петли – это разница двух сопротивлений:

Rп=R2-R1, где R2 – это сопротивление петли при нагрузке, R1 – без таковой.

Что касается точно проведенных замеров. Самодельными приборами это можно сделать, никаких проблем здесь нет, но вот только точность замеров в данном случае будет очень низкой. Поэтому для этого процесса рекомендуется использовать вольтметры и амперметры с высокой точностью (класс 0,2).

Процесс измерения петля фаза ноль

Хотя надо отдать должное рынку, сегодня можно такие приборы приобрести в свободном доступе. Стоят они недешево, но для профессионала это необходимая вещь.

Где провести замер

Измерение петли фаза-ноль – розетки. Но опытные электрики знают, что это место не единственное. К примеру, дополнительное место – это клеммы в распределительном щите. Если в дом заводится трехфазная электрическая сеть, то проверять сопротивление петли фаза ноль надо на трех фазных клеммах. Ведь всегда есть вероятность, что контур одной из фаз был собран неправильно.

Цель проводимых замеров

Итак, цели две – определение качества эксплуатируемых сетей и оценка надежности защитных блоков и приборов.

Что касается первой позиции, то здесь придется сравнивать полученные замеры, а, точнее, сопротивление петли с проектной. В данном случае, если расчетный показатель оказался выше нормативного, то на поверку явно неправильно произведенный монтаж или другие дефекты магистрали. К примеру, грязь или коррозия контактов, малое сечение кабелей и проводов, неграмотно проведенные скрутки, плохая изоляция и так далее. Если проект электрической сети по каким-то причинам отсутствует, то для сравнения расчетного сопротивления петли с номинальным необходимо будет обратиться в проектную организацию. Чтобы разобраться в таблицах и расчетах самому, надо в первую очередь обладать инженерными знаниями по электрике.

Замер сопротивления петля фаза ноль

Что касается второй позиции. В принципе, здесь также необходимо провести некоторые расчеты, основанные на законе и формуле Ома. Основная задача определить силу тока короткого замыкания, ведь чаще всего от него и надо будет защищать электрическую сеть. Поэтому в данном случае используется формула:

Если считать, что сопротивление петли фаза к нулю равно, например, 1,47 Ом, то сила тока короткого замыкания будет равна 150 ампер. Под эту величину и придется подбирать прибор защиты, то есть, автомат. Правда, в правилах ПУЭ есть определенные нормы, которые создают некий запас прочности. Поэтому Iном увеличивают на коэффициент 1,1.

Подобрать автомат под все вышеуказанные величины можно, если сравнить их в таблицах ПУЭ. В нашем случае потребуется автомат класса «С» с Iном=16 А и кратностью 10. В итоге получаем:

I = 16 х 10 х 1,1 = 176 А. Расчетная сила тока короткого замыкания у нас составила – 150 А. о чем это говорит.

Во-первых, автомат был неправильно выбран и установлен. Его надо обязательно заменить.
Во-вторых, ток КЗ в сети меньше, чем автомата. Значит, он не отключится. А это может привести к пожару.

{SOURCE}

что это, методика измерения прибором, пример протокола

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;
невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка необходима для профилактических целей, а также обеспечения корректной работы защитных устройств, включая автоматические выключатели, УЗО и диффавтоматы. Результатом измерения петли фаза-ноль является практическое нахождение сопротивления силовой линии до автомата. На основе этого рассчитывается ток короткого замыкания (напряжение сети делим на это сопротивление). После чего делаем вывод: сможет ли автомат, защищающий данную линию отключиться при КЗ.

Например, если на линии установлен автомат C16, то максимальный ток КЗ может быть до 160 А, после чего он расцепит линию. Допустим в результате измерения получим значение сопротивления петли фазы-ноль равным 0,7 Ом в сети 220 В, то есть ток равен 220 / 0,7 = 314 А. Этот ток больше 160 А, поэтому автомат отключится раньше, чем начнут гореть провода и поэтому считаем, что данная линия соответствует норме.

Важно! Большое сопротивление является причиной ложного срабатывания защиты, нагрева кабелей и пожара.

неплотный контакт на клеммах;
несоответствие тока характеристикам провода;
уменьшение сопротивления провода из-за устаревания.

Периодичность проведения измерений

После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
При требовании со стороны обслуживающих компаний.
По запросу потребителя электроэнергии.

Справка! Периодичность проверки в агрессивных условиях — не менее одного раза в 2 года.

Какие приборы используют?

М-417. Проверенное опытом и временем устройство, предназначенное для измерения сопротивления без отключения источника питания. Из особенностей выделяют простоту использования, габариты и цифровую индикацию. Прибор применяют в любых сетях переменного тока напряжением 380В и допустимыми отклонениями 10%. М-417 автоматически размыкает цепь на интервал до 0,3 секунды для проведения замеров.
MZC-300. Современное оборудование для проверки состояния коммутационных элементов. Методика измерений описаны в ГОСТе 50571.16-99 и заключается в имитации короткого замыкания. Устройство работает в сетях с напряжением 180-250В и фиксирует результат за 0,3 секунды. Для большей надежности работы предусмотрены индикаторы низкого или высокого напряжения, а также защита от перегрева.
ИФН-200. Устройство с микропроцессорным управлением для измерения сопротивления петли фаза-ноль без отключения питания. Надежный прибор гарантирует точность результата с погрешностью до 3%. Его используют в сетях с напряжением от 30В до 280В. Из дополнительных преимуществ следует выделить измерение тока КЗ, напряжения и угла сдвига фаз. Также прибор ИНФ-200 запоминает результаты 35 последних замеров.

Важно! Точность результатов измерения зависит не только от качества прибора, но и от соблюдения правил выполнения выбранной методики.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

Методика измерения

Наиболее простой методикой считается падение напряжения в сети. Для этого в линию электропитания подключают нагрузку и замеряют необходимые параметры. Это простой и безопасный способ, не требующий специальных навыков, Измерение можно проводить:

между одной из фаз и нулевым проводом;
между фазой и проводом РЕ;
между фазой и защитным заземлением.

После подключения прибора он начинает измерять сопротивление. Требуемый прямой параметр или косвенные результаты отобразятся на экране. Их необходимо сохранить для последующего анализа. Стоит учитывать, что измерительные устройства приведут к срабатыванию УЗО, поэтому перед испытаниями необходимо их зашунтировать.

Справка! Нагрузку подключают в наиболее отдаленную точку (розетку) от источника питания.

Анализ результатов измерения и выводы

Полученные параметры используют для анализа характеристик сети, а также ее профилактики. На основе результатов принимают решения о модернизации линии электропередачи или продолжении эксплуатации. Из основных возможностей выделяют следующие:

Определение безопасности работы сети и надежности защитных устройств. Проверяется техническая исправность проводки и возможность дальнейшей эксплуатации без вмешательств.
Поиск проблемных зон для модернизации линии электроснабжения помещения.
Определение мер модернизации сети для надежной работы автоматических выключателей и других защитных устройств.

Если показатели находятся в пределах нормы и ток КЗ не превышает показатели отсечки автоматов, дополнительные меры не требуются. В противном случае необходимо искать проблемные места и устранять их, чтобы обеспечить работоспособность выключателей.

Форма протокола измерения

Последним этапом в измерении сопротивления петли фаза-ноль является занесение показаний в протокол. Это необходимо для того, чтобы сохранить результаты и использовать их для сравнения в будущем. В протокол вписывается информация о дате проверки, полученный результат, используемый прибор, тип расцепителя, его диапазон измерения и класс точности.

В конце составленной формы подводят итоги испытания. Если он удовлетворительный, то в заключении указывается возможность дальнейшей эксплуатации сети без принятия дополнительных мер, а если нет — список необходимых действий для улучшения показателя.

В заключение необходимо подчеркнуть важность измерений сопротивления петли. Своевременный поиск проблемных участков линий электропитания позволяет принимать профилактические меры. Это не только обезопасит работу с электроприборами, но и увеличит срок эксплуатации сети.

Измерение петли фаза-ноль | Заметки электрика

Уважаемые, посетители!!!

Приветствую Вас на своем ресурсе «Заметки электрика».

В прошлой статье мы узнали с Вами, что такое петля фаза-ноль и для чего нужно проводить измерение сопротивления петли фаза-ноль.

Сегодняшняя статья будет посвящена теме измерения петли фаза-ноль, т.е. разберем пошагово и подробно как самостоятельно произвести измерение. Измерение будем проводить в 2 этапа:

1. Внешний осмотр

Проводим тщательный внешний осмотр:

2. Измерение петли фаза-ноль

Перед измерением необходимо проверить плотность соединения проводов к аппаратам защиты. Если провода не протянуты — то смысла измерения нет, т.к. полученные показатели получатся не достоверными.

Цель — это выяснить соответствие номинального тока аппаратов защиты и сечение проводов измеряемой цепи.

Замер петли фаза-ноль производим на самой удаленной точке измеряемой линии.

Если же проблематично определить самую дальнюю точку линии, то проводим измерение по всем точкам этой линии.

Измеренные величины записываем в блокнот.

Методика измерения петли фаза-ноль. Как провести замер?

Существует несколько методов измерения:

метод падения напряжения в отключенной цепи
метод падения напряжения на нагрузочном сопротивлении
метод короткого замыкания цепи

Наша электролаборатория использует для измерения петли фаза-ноль электроизмерительный прибор MZC-300 от фирмы Sonel, который работает по методу падения напряжения на нагрузочном сопротивлении. Этот метод рекомендуется к использованию ГОСТом 50571.16-99 (приложение D1).

Данный метод измерения я считаю более удобным, а главное безопасным.

Измерение в рабочей цепи А (L1) — N

Измерение в защитной цепи А (L1) — PE

Проверка защиты от замыкания на корпус электрооборудования в системе заземления TN

Проверка защиты от замыкания на корпус электрооборудования в системе заземления TT

Более подробно видах систем заземления читайте в статьях: TN-C, TN-C-S, TN-S и TT.

Измерение сопротивления петли мы проводим на электроустановке, которая находится под напряжением.

Как пользоваться прибором MZC-300, более подробно, можно узнать в руководстве по эксплуатации данного прибора.

Периодичность проведения измерений

Согласно нормативно-технического документа ПТЭЭП, измерение петли фаза-ноль проводится с определенной периодичностью, установленной системой ППР организации. Система ППР, включающая в себя циклы текущих и капитальных ремонтов электрооборудования, утверждается техническим руководителем организации.

Для электроустановок во взрывоопасных зонах, не менее 1 раза в 2 года.

При отказе устройств защиты электроустановок должны выполняться внеплановые электрические измерения.

Как сделать заключение?

Выполнив замер петли фаза-ноль по вышеприведенным схемам, на дисплее прибора отразится величина однофазного тока короткого замыкания.

Это значение сравниваем по время-токовым характеристикам с током срабатывания расцепителя автоматического выключателя или с плавкой вставкой предохранителя, и делаем соответствующее заключение.

Чтобы сделать правильное и верное заключение необходимо внимательно прочитать выдержки из ПТЭЭП и ПУЭ 7 издания. Я их совместил для Вашего удобства в одну картинку.

(для увеличения нажмите на картинку)

Для более наглядного представления, как сделать правильное заключение при измерении ПФО, приведу Вам пример из личного опыта.

Пример:

Производили замер петли фаза-ноль в помещении библиотеки. Измеряемая линия питается от силовой сборки ЩС автоматическим выключателем с номинальным током 16 (А) и характеристикой С (подробнее о всех видах характеристиках).

Как я уже говорил в статье, измерение проводим на самой отдаленной точке этой линии, в нашем случае это розетка, расположенная в самом дальнем углу библиотеки.

Электроснабжение библиотеки выполнено системой заземления TN-C. Поэтому измерение производим в рабочей цепи (фаза — ноль).

Измеренный ток однофазного короткого замыкания, который показал нам прибор, составлял 87 (А).

Внимательно читаем информацию, приведенную на картинке выше.

В данном примере воспользуюсь пунктом из ПТЭЭП. Т.е. ток однофазного замыкания должен быть не менее, чем 1,1 * 16 * 10 = 176 (А). А у нас ток получился 87 (А) — условие не выполняется.

При токе 87 (А) электромагнитная защита автоматического выключателя не сработает, а сработает тепловая защита, выдержка времени которой составит несколько секунд (больше, чем 0,4 секунды — ПУЭ). За это время есть большой риск возникновения воспламенения или пожара электропроводки.

Вывод:

В моем примере условие не удовлетворяет требованиям ПТЭЭП и ПУЭ. Поэтому необходимо:

увеличить сечение проводов, измеряемой линии (при увеличении сечения провода уменьшается его сопротивление, а значит и увеличится ток однофазного замыкания, который пройдет по нашим условиям)
установить автоматический выключатель с меньшим номинальным током (при уменьшении номинала автомата мы тем самым жертвуем мощностью линии)

Форма протокола измерения петли фаза-ноль

Самым последним этапом является занесение величин измерений в протокол.

(для увеличения нажмите на картинку)

P.S. Если у Вас в процессе изучения материала появились какие-нибудь вопросы, то смело задавайте их в комментариях. А сейчас смотрите видеоролик про «Измерение петли фаза-ноль в мастерской», который я приготовил специально для Вас.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

как провести измерение сопротивления петли

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

Согласно правилам ПУЭ в силовых подстанциях с напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью необходимо регулярно проводить замер сопротивления петли фаза-ноль. Электроэнергия, подаваемая потребителям, поступает с выходных обмоток трехфазного трансформатора, который подключен по схеме звезда. В результате естественного перекоса фаз по цепи нейтрали может протекать ток, поэтому для предотвращения проблемы измеряют фазу-ноль.

сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;
невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Что подразумевается под цепью «фаза-ноль»?

В системах с глухозаземленной нейтралью (подробно о них можно прочитать в статье https://www.asutpp.ru/programmy-dlja-cherchenija-jelektricheskih-shem.html) при контакте одной из фаз с рабочим нулем или защитным проводником РЕ, образуется петля фаза-ноль, характерная для однофазного КЗ.

Как и любая электроцепь, она имеет внутреннее сопротивление, расчет которого позволяет определить остальные значащие параметры, в частности, ток КЗ. К сожалению, самостоятельный расчет сопротивления такой цепи связан с определенными трудностями, вызванными необходимостью учета многих составляющих, например:

Суммарная величина всех переходных сопротивлений петли, возникающих в АВ, предохранителях, коммутационном оборудовании и т.д.
Движение электротока при нештатном режиме. Петля может образоваться как с рабочим нулем, так и заземленными конструкциями здания.

Учесть в расчетах все перечисленные составляющие на практике не реально, именно поэтому возникает необходимость в электрических измерениях. Спецоборудование позволяет получить необходимые параметры автоматически.

Определение понятия

Измеритель сопротивления петли фаза-ноль

Любое подключенное к электросети оборудование оснащается защитным заземляющим контуром. Это приспособление обустраивается в виде сборной металлической конструкции, располагающейся либо рядом с контролируемым объектом, либо на трансформаторной подстанции. В случае аварийной ситуации (при повреждении изоляции проводов, например) фазное напряжение попадает на заземленный корпус, а затем стекает в землю.

Для надежного растекания в грунт опасного потенциала сопротивление цепочки не должно превышать определенной нормы (единиц Ома).

Под петлей фаза ноль понимается проводной контур, образуемый при замыкании фазной жилы на токопроводящий корпус подключенного к сети оборудования. Фактически он образуется между фазой и заземленной нейтралью (нулем), что и явилось причиной такого названия. Знать его сопротивление необходимо для того, чтобы контролировать состояние цепей защитного заземления, обеспечивающих стекание аварийного тока в грунт. От состояния этого контура зависит безопасность человека, пользующегося оборудованием и бытовыми приборами.

Что такое петля фаза-ноль простым языком – методика проведения измерения

Зачем проверяется петля «фаза ноль»

Изучение показателей схемы «Ф-Н» осуществляется для определения слабых мест в действующей сети. Это может своевременно предотвратить развитие более серьезных аварий в питающей цепи. Еще одной важной функцией указанного тестирования является проверка соответствия установленных коммутационных и защитных устройств токам короткого замыкания. Это требуется для предотвращения воспламенения проводки.

Проведение испытаний электросетик содержанию ↑

Обзор методик

Существуют разные методики для проверки петли фаза-ноль, а также разнообразные специальные измерительные приборы. Что касается методов измерения, основными считаются:

Метод падения напряжения. Замеры проводят при отключенной нагрузке, после чего подключают нагрузочное сопротивление известной величины. Работы выполняются с использованием специального устройства. Результат обрабатывают и с помощью расчетов делают сравнение с нормативными данными.
Метод короткого замыкания цепи. В этом случае проводят подключение прибора к цепи и искусственно создают короткое замыкание в дальней точке потребления. С помощью прибора определяют ток короткого замыкания и время срабатывания защит, после чего делают вывод о соответствии нормам данной сети.
Метод амперметра-вольтметра. Снимают питающее напряжение после чего, используя понижающий трансформатор на переменном токе, замыкают фазный провод на корпус действующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают и с помощью формул определяют нужный параметр.

Основной методикой такого испытания стало измерение падения напряжения при подключении нагрузочного сопротивления. Этот метод стал основным, ввиду его простоты использования и возможности дальнейших расчетов, которые нужно провести для получения дальнейших результатов. При измерении петли фаза-ноль в пределах одного здания, нагрузочное сопротивление включают на самом дальнем участке цепи, максимально удаленном от места подачи питания. Подключение приборов проводят к хорошо очищенным контактам, что нужно для достоверности замеров.

Сначала проводят измерение напряжения без нагрузки, после подключения амперметра с нагрузкой замеры повторяют. По полученным данным делают расчет сопротивления цепи фаза-ноль. Используя готовое, предназначенное для такой работы устройство, можно сразу по шкале получить нужное сопротивление.

После проведения измерения составляют протокол, в который заносят все нужные величины. Протокол должен быть стандартной формы. В него также вносят данные об измерительных приборах, которые были использованы. В конце протокола подводят итог о соответствии (несоответствии) данного участка нормативно-технической документации. Образец заполнения протокола выглядит следующим образом:

Как делают замеры

Сроки проведения испытаний

Электрические сети и оборудование эксплуатируются в различных режимах. Со временем наблюдается естественное старение изоляции кабеля, ухудшение свойств проводников из-за токовых перегрузок, отклонений напряжения, влияния окружающей среды и т. д. Этим обусловлена необходимость в периодической проверке целостности контура фаза ноль.

В соответствии с указаниями ПУЭ испытание петли «Ф-Н» проводится, как минимум, один раз в 36 месяцев, а для электрических сетей, эксплуатируемых в опасных или агрессивных средах, как минимум, один раз в 24 месяца. Также предусматриваются внеплановые проверки, в следующих ситуациях:

при внедрении в работу нового оборудования;
после осуществления модернизации, профилактики или ремонта действующей сети;
по требованию поставщика электроэнергии;
по факту запроса от потребителя.

Периодичность осмотров электрооборудования жилых домовк содержанию ↑

Какие приборы используют?

Для ускорения процесса измерения петли промышленность выпускает разнообразные измерительные приборы, которые можно использовать для замеров параметров сети по различным методикам. Наибольшую популярность набрали следующие модели:

О том, как измерить сопротивление петли фаза-ноль с помощью приборов, вы можете узнать, просмотрев данные видео примеры:

Использование ИФН-300

Как пользоваться MZC-300

Для использования вышеперечисленных методик необходимо привлекать только обученный персонал. Неправильное проведение замеров может привести к неверным конечным данным или к выходу из строя существующей системы электроснабжения. Хуже всего – это может привести к травмированию работников. Надеемся, теперь вы знаете, для чего нужно измерение петли фаза-ноль, а также какие методики и приборы для этого можно использовать.

Рекомендуем также прочитать:

Методика проверки автоматических выключателей
Измерение сопротивления изоляции мегаомметром
Как пользоваться осциллографом

Использование ИФН-300

Как пользоваться MZC-300

Нравится

0)Не нравится

Где провести замер

Цель проводимых замеров

Итак, цели две – определение качества эксплуатируемых сетей и оценка надежности защитных блоков и приборов.

Iкз=Uном/Rп.

I=16х10х1,1=176 А. Расчетная сила тока короткого замыкания у нас составила – 150 А. о чем это говорит.

Во-первых, автомат был неправильно выбран и установлен. Его надо обязательно заменить.
Во-вторых, ток КЗ в сети меньше, чем автомата. Значит, он не отключится. А это может привести к пожару.

Физическое понятие петли фаза-ноль

Во всех электроустановках, напряжением до 1000 вольт оборудуются системы глухого заземления. В такой системе, петля фаза-ноль представляет собой контур, образующийся в результате соединения проводника фазы и нулевого рабочего провода. В некоторых схемах, фазный проводник может соединяться с защитным проводником. Полученная цепь, во всех случаях, обладает собственным сопротивлением.

Теоретические расчеты сопротивления петли представляют серьезную проблему. Это объясняется переходными сопротивлениями, которые имеются в рубильниках, контакторах, автоматах и прочей аппаратуре, включаемой в общую цепь. Особую сложность представляет вычисление точного пути токов при аварийных ситуациях, где нужно учитывать и влияние различных металлических конструкций.

Поэтому, для получения точных данных о значении сопротивления, существуют специальные приборы, позволяющие автоматически учитывать все необходимые параметры.

В каких случаях проводят измерения

Замер сопротивления участка цепи фаза-ноль обязательно организуется в следующих ситуациях:

при вводе в постоянную эксплуатацию новых, еще не работающих силовых электроустановок;
когда со стороны контролирующих энергетических служб поступило указание на их проведение;
согласно заявке предприятий и организаций, подключенных к обслуживаемой электрической сети.

При вводе энергетической системы в эксплуатацию тестовые замеры сопротивления петли является частью комплекса мероприятий, проводимых с целью проверки ее рабочих характеристик. Второй случай связан с аварийными ситуациями, нередко случающимися при эксплуатации силовых цепей. Заявка от тех или иных потребителей, представленных предприятием или организацией, может поступить при неудовлетворительной защите оборудования (по жалобам конкретных пользователей, например).

Примеры проведения вычислений

В качестве примеров таких измерений рассматриваются два способа.

Эффект от падения напряжения на контролируемом участке силовой цепи

При описании этого способа важно обратить внимание на трудности его практической реализации. Это объясняется тем, что для получения конечного результата потребуется несколько этапов. Сначала придется измерить параметры сети в двух режимах: с отключенной и подключенной нагрузкой. В каждом из этих случаев сопротивление измеряется путем снятия показаний по току и напряжению. Далее оно рассчитывается по классическим формулам, вытекающим из закона Ома (Zп=U/I).

В числителе этой формулы U представляет собой разницу двух напряжений – при включенной и при выключенной нагрузке (U1 и U2). Ток учитывается только для первого случая. Для получения корректных результатов разница между U1 и U2 должна быть достаточно большой.

Полное сопротивление учитывает импеданс катушки трансформатора (он суммируется с полученным результатом).

Применение независимого источника электрического питания

Данный подход предполагает определение интересующего специалистов параметра с помощью независимого источника питающего напряжения. При его проведении потребуется учесть следующие важные моменты:

В процессе измерений первичная обмотка питающего станционного трансформатора замыкается накоротко.
С независимого источника напряжение питания подается непосредственно в зону КЗ.
Сопротивление фаза-ноль рассчитывается по уже знакомой формуле Zп=U/I, где: Zп – это значение искомого параметра в Омах, U – измеренное испытательное напряжение в Вольтах, I – величина измерительного тока в Амперах.

Все рассмотренные методы не претендуют на абсолютную точность полученных по их итогам результатов. Они дают лишь приблизительную оценку величины полного сопротивления петли фаза-ноль. Такой ее характер объясняется невозможностью в рамках предложенных методик измерять индуктивные и емкостные потери, которые всегда присутствуют в силовых цепях с распределенными параметрами. При необходимости учета векторной природы измеряемых величин (фазовых сдвигов, в частности) придется вводить специальные поправки.

В реальных условиях эксплуатации мощных потребителей величины распределенных реактивных сопротивлений настолько незначительны, что в определенных условиях они не учитываются.

Рассчет петли фаза-ноль

Подсчет фазы-ноль

Территория электротехнической информации WEBSOR

Основы
- Электробезопасность
  - Действие на человека
  - Защитные меры
  - Первая помощь
  - Электробезопасность в установках до 1000 В с глухозаземленной и изолированной нейтралью
  - Средства защиты
    - Указатель высокого напряжения УВНУ-10СЗ ИП
    - Указатель низкого напряжения ЭЛИН-1-СЗ
    - Когти КРПО
- Теоретические основы электротехники
- Электрические процессы в вакууме и газах
  - Термоэлектронная эмиссия металлов
  - Термоэлектронная эмиссия оксидного катода
  - Электростатическая электронная эмиссия
  - Фотоэлектронная эмиссия
  - Вторичная электронная эмиссия
  - Электронная эмиссия
  - Прохождение тока в вакууме
  - Столкновение электронов
  - Движение электронов
  - Виды электрического разряда
  - Темный разряд
  - Тлеющий разряд
  - Дуговой разряд
  - Газовая плазма
  - Коронный, искровой и высокочастотные разряды
- Измерение величин
  - Единицы электрических величин
  - Характеристика средств
  - Электросчетчик ЦЭ6803ВМ
  - Мегаомметр
- Электротехнические материалы
  - Классификация веществ по электрическим свойствам
  - Диэлектрики
    - Классификация диэлектриков
    - Поляризация диэлектриков
    - Электропроводность диэлектриков
    - Пробой диэлектриков
    - Электрическая прочность воздушных промежутков
    - Разряд по поверхности твердого диэлектрика
    - Разряд в масле
  - Полупроводниковые материалы
    - Электропроводность полупроводников
    - Получение и свойства полупроводников
    - Характеристики полупроводниковых материалов
  - Проводниковые материалы
    - Общие сведения
    - Медь
    - Алюминий
- Задачи и ответы
Электромашины
- Определения и требования
  - Номинальные режимы и номинальные величины
  - Общие определения
  - Технические требования
  - Потери мощности и КПД
  - Обозначение обмоток
  - Номинальные частоты вращения эл.машин
- Электрические машины переменного тока
  - Устройство 3-ф асинхронных и синхронных машин
  - Машинная постоянная, электромагнитные нагрузки
  - Якорные обмотки и обмотки возбуждения
  - Электродвижущая и намагничивающая силы
  - Обмотки типа бельчьей клетки
  - Активные сопротивления обмоток
  - Индуктивные сопротивления обмоток
- Асинхронные машины
  - Активные и индуктивные сопротивления обмоток
  - Расчет магнитной цепи
  - Основные уравнения, схемы замещения и векторная диаграмма
  - Основные энергетические соотношения и механическая характеристика
  - Потери и КПД
  - Круговая диаграмма, рабочие характеристики
  - Определение главных размеров двигателей
  - Неполадки в работе асинхронного двигателя
- Теория
  - Асинхронный двигатель
  - Синхронные машины
  - Машины постоянного тока
  - Трансформаторы
- Трансформаторы
  - Трансформаторы силовые масляные
  - Текущий ремонт трансформаторов ТМ
  - Трансформаторы силовые типа ТМ(Г) и ТМПН(Г)
  - Трансформаторы ТМГ11 и ТМГСУ11
  - Трансформаторы ТМГ12
  - Трансформаторы ТМГ21
  - Трансформаторы ОМ, ОМП, ОМГ
  - Трансформаторы ТСГЛ, ТСЗГЛ
  - Трансформаторы ТС, ТСЗ
  - Параллельная работа трансформаторов
  - Потеря напряжения в трансформаторе
  - Группы соединений обмоток трансформаторов
  - Неисправности трансформаторов
  - Трансформаторное масло
- Защита электродвигателей
Оборудование
- Защита электрооборудования
- Модульные устройства
  - Выключатели автоматические
  - Характеристика автомат. выкл.
  - Устройства защитного отключения (УЗО)
  - Выбор и применение УЗО
  - Причины срабатывания УЗО
  - Дифференциальные автомат. выкл.
  - Выключатели нагрузки
  - Контакторы модульные
  - Ограничитель импульсных перенапряжений
  - Дополнительные устройства
  - Таймер электронный
- Электрощитовое оборудование
  - Щиты силовые
    - Вводно — распределительные устройства ВРУ
    - Распредустройство низкого напряжения
    - Пункты распределительные ПР
    - Распределительные силовые шкафы ШРС
    - Панели щитов ЩО 70
    - Щиты этажные ЩЭ
    - Ящики управления
    - Шкафы учета электроэнергии ШУЭ
    - Щиты осветительные ОЩВ, УОЩВ
    - Ящики и шкафы АВР, блоки и панели управления БУ, ПУ
    - Щиты автоматического переключения ЩАП
    - Щит учета выносного типа
    - Щитки для хозяйственных нужд
    - Вводное устройство ВУА
  - Корпуса электрощитов
    - Щиты распределительные ЩРН, ЩРВ
    - Щиты учетно-распределительные ЩРУН
    - Щиты с монтажной панелью ЩРНМ, ЩМП
    - Устройство этажное распределительное УЭРМС
    - Устройство этажное распределительное блочного типа УЭРБ
    - Корпус для щита этажного ЩЭ
    - Панели для установки однофазного счетчика ПУ
  - Шкафы напольные
    - Шкафы сборно-разборные
    - Каркасы ВРУ
    - Шкафы цельносварные
    - Шкаф наружного освещения ШНО
    - Шкаф управления наружным освещением
- Электромонтажные изделия
  - Коробки
    - Установочные коробки в сплошные стены
    - Установочные коробки в полые стены
    - Распаячные (разветвительные) коробки в сплошные стены
    - Распаячные (разветвительные) коробки в полые стены
    - Коробки с кабельными вводами открытой установки
    - Коробки для монолитного строительства
    - Коробки для открытой установки с клеммной колодкой, нулевой шиной
    - Особенности монтажа
  - Трубы
  - Лотки
  - Электромонтажные короба
  - Шина нулевая
  - Соединители, сжимы ответвительные, наконечники
  - Стяжки(хомуты)
  - Термоусаживаемые трубки
  - Электроустановочные устройства
    - Выключатели и розетки
    - Требования к монтажу электроустановочных устройств
    - Требования к электрооборудованию ванных и душевых
- Провод и кабель
  - Маркировка и характеристика
  - Кабельная продукция
  - ПРИЛОЖЕНИЕ по кабельной продукции
    - ПРИЛОЖЕНИЕ (стационарная прокладка)
    - ПРИЛОЖЕНИЕ (нестационарная прокладка)
    - ПРИЛОЖЕНИЕ (провода силовые)
    - ПРИЛОЖЕНИЕ (провода различного назначения)
  - Выбор провода
  - Соединение проводов
  - Советы по выбору кабеля
  - Кабельные муфты
- Автоматические выключатели
  - ВА-88
  - ВА-99
  - ВА-99М
  - ВА-99С
  - ВА-45
  - Выбор ВА
  - АПД
  - АВМ
- Контакторы
  - Контакторы малогабаритные КМЭ
  - Контакторы малогабаритные КМИ
  - Контакторы КМИ в оболочке
  - Контакторы серии КТИ
  - Контакторы серии КТ
  - Пускатели серии ПРК
  - Применение контакторов
- Фазировка оборудования
- Выполняем ВСЕ электромонтажные работы
Нормы
- ГОСТы, справочная информация, правила
- Все про заземление
- Классификация помещений
- Требования к электрооборудованию
- Характеристика проводниковых и изоляционных материалов
- ГОСТ, СНиП, СП, ТУ
  - Содержание по нормативным документам
  - СНиП 3.05.06-85 Электротехнические устройства
  - ГОСТ 10434-82 Соединения контактные электрические
  - ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ Электробезопасность
  - ГОСТ 13781.0-86. Муфты для силовых кабелей на напряжение до 35 кВ
  - ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые
  - ГОСТ 14695-80 ( СТ СЭВ 1127-78). Подстанции трансформаторные комплектные
  - ГОСТ 9.032-74. Покрытия лакокрасочные
- Данные для расчета осветительной сети
- Разложение в ряд Фурье
- Свод правил по проектированию и строительству
- Технические условия на СИП
- Электропроводки
- Прокладка кабелей до 35 кВ
Подстанция
- Комплектные трансформаторные подстанции
  - Номенклатура КТП
- Оборудование подстанций
  - Выключатели нагрузки ВНР
  - Рубильники, ящики силовые
  - Разъединители РЕ-19
  - Разъединители РЦ
  - Разъединители на 630 А
  - Шины
  - КСО-366, КСО-272, КРУ
  - Изоляторы
  - Разъединители РВ
  - Техническое описание разъединителей
  - Предохранители до 1000В
  - Высоковольтные предохранители
  - Приводы к выключателям напряжением 3-10 кВ
  - Техническое описание привода ППВ-10
- Вакуумные выключатели
  - ВВ/TEL
  - ВР
  - ВРО
  - ВР1
  - ВР1 для КСО
  - ВРС
  - 3АН5
  - ВГГ-10
- Камеры КСО
  - КСО-298 НН «Классика»
  - КСО 298АТ, КСО 298АТ-М, КСО 292АТ, КСО 285АТ, КСО 272АТ, КСО 2(УМЗ)АТ
  - КСО 366АТ, КСО 366АТ-В
  - КСО 393АТ, КСО 393АТ-М
  - КСО «Новация»
  - КРУ «Классика» серии D-12PT
  - КРУ серии «Эталон»
  - КСО-298 «СТАНДАРТ»
  - КСО-298 РУЭЛТА
  - КРУ серии R-40 (35 кВ)
- Ограничители перенапряжений 6(10) кВ
- Масляный выключатель
  - ВПМ-10
  - Техническое описание ВПМ
  - ВМП-10
  - ВМГ-133
- Выключатель нагрузки автогазовый ВНА
  - Описание выключателя
  - Изображение выключателя
- Ремонт электрооборудования
  - Эксплуатация и ремонт электрооборудования РУ
  - Ремонт масляных выключателей
  - Ремонт контактных частей РУ
  - Ремонт привода ПП-67 масляных выключателей
  - Особенности устройства и ремонта привода ППВ (ППО)
  - Особенности устройства и ремонта привода ПЭ-11
- Повышение надежности МВ, приводов МВ
  - Наладка заводящего устройства пружинного привода
  - Наладка механизма включения пружинного привода
  - Наладка механизма отключения пружинного привода
  - Регулировка МВ с пружинным приводом
  - Регулировка МВ с электромагнитным приводом
  - Повышение надежности ВМП-10 и ВМГ-133
- Установки компенсации реактивной мощности
  - Общие сведения об УКРМ
  - УКРМ 0,4 кВ
  - УКРМ 6(10) кВ
- Выбор места расположения питающих подстанций
Электроснабжение
- Понятие электроснабжения
  - Распределение электроэнергии
  - Электроснабжение административных зданий
  - Электроснабжение жилых зданий
  - Электропроводка
- Расчет нагрузок
  - Расчетные нагрузки промышленных предприятий
  - Расчетные нагрузки жилых и общественных зданий
  - Допустимые токовые нагрузки на провода и кабели
- Выбор максимальной токовой защиты линий
- Выбор сечений по допустимой потере напряжения
  - Активные и индуктивные сопротивления линии
  - Расчет сети по допустимой потере напряжения без учета индуктивного сопротивления
  - Расчет сети по потере напряжения с учетом индуктивности линий
  - Расчет сети при помощи вспомогательных таблиц удельных потерь напряжения
  - Примеры расчетов сечений проводов и кабелей по допустимой потере напряжения
  - Расчет сети по условию наименьшей затраты металла
  - Расчет сети по условию постоянной плотности тока
- Короткие замыкания в электрических системах
  - Общие указания к расчету токов к.з.
  - Трехфазное короткое замыкание
  - Несимметричные короткие замыкания
  - Короткое замыкание с одновременным разрывом фазы
  - Определение токов короткого замыкания для выбора выключателей
  - Токи короткого замыкания от электродвигателей
- Выбор проводников по устойчивости к току к.з.
- Проверка условий срабатывания защитного аппарата
- Выбор проводов по экономической плотности тока
- Шины и шинопроводы в системах электроснабжения
  - Распределение тока по сечению шин из цветного металла
  - Определение активного и реактивного сопротивлений шинопровода
  - Потери мощности и напряжения в шинопроводах
  - Выбор сечения шинопроводов
  - Проверка выбранного сечения шинопровода
  - Колебания шинопроводов, имеющих поворот
- Потери мощности в сетях
- Переходные процессы в электрических системах
  - Математическое описание переходных процессов
  - Переходные процессы при больших кратковременных возмущениях
  - Режимы при больших возмущениях
  - Режимы при малых возмущениях
  - Улучшение пропускной способности электрических систем
- Регулирование напряжения
  - Регулирование напряжения в сетях
  - Местное регулирование напряжения
- Внутренние перенапряжения сетей
  - Перенапряжения и защита от перенапряжений
  - Характеристика уровней изоляции сетей 6-35кВ
  - Характеристика внутренних перенапряжений
Освещение
- Величины и единицы освещения
- Источники света
- Методы искусственного освещения
- Расчет и защита осветительных сетей
- Расчет освещения по методу коэф-та использования и удельной мощности
- Расчет освещения по точечному методу
- Специальные случаи светотехнических расчетов
- Расчет качественных характеристик освещения
- Наружное освещение
- Подробный расчет осветительной сети
- Основные требования и выбор освещенности
- Системы и виды освещения
- Управление освещением
- Проектирование освещения
- Ремонт светильников с люминесцентными лампами
- Умный дом
Воздушная линия
- Проектирование ВЛИ — 0,4кВ
- Расчетные пролеты ВЛ — 0,4 кВ
- Линейная арматура ENSTO для ВЛИ 0,4кВ
- Линейная арматура NILED для ВЛИ 0,4кВ
- Вводы линий электропередачи до 1 кВ в помещения
- Применение линейной арматуры на ВЛЗ 6-20кВ
- Оборудование для ВЛ(З)-6(10)кВ
- Проектирование ВЛЗ — 6(10)кВ
- Нарушения при монтаже СИП
- Установка длинно-искровых разрядников РДИП на ВЛЗ-10кВ
- Стальные конструкции для строительства ВЛИ-0,4кВ, ВЛЗ-6(10)кВ
- Аналоги NILED
- Пример расчета ВЛИ-0,4 кВ
- Заземляющие устройства опор ВЛ
- Узлы и детали соединений заземляющих проводников ВЛ 0,38-35 кВ

Протокол по проведенным замерам контура «фаза нуль»

На основании произведенных измерений оформляется специальный протокол. Он используется для хранения зафиксированных показаний, а также для осуществления сравнительного анализа с последующими тестами.

В протоколе отображается следующая информация:

дата проведения;
номер протокола;
цель проведения тестирования;
данные об организации, проводящей испытания;
информация о заказчике;
действующие климатические условия: атмосферное давление, температура и влажность воздуха;
диапазон измерения, класс точности и вид расцепителя;
измеритель, используемый для тестирования;
зафиксированные показания;
итог испытаний;
должности, фамилии и подписи лиц, проводивших замеры и проверивших протокол.

Обратите внимание! В случае положительного итога цепь допускается к эксплуатации без ограничений. При выявлении недостатков составляется перечень требуемых действий для восстановления необходимых показателей.

к содержанию ↑

существующие методики расчёта, используемые приборы контроля цепи

Представить себе жизнь современного человека без электричества и разнообразных электроприборов попросту невозможно. Сборку различных агрегатов и электрических схем можно выполнить самостоятельно. Необходимо лишь в точности следовать имеющейся документации, а также проводить замер полного сопротивления цепи фаза-ноль, что позволит обеспечить беспроблемность эксплуатации электрооборудования и его полную безопасность.

Параметры защиты

Электрический ток имеет разрушительную силу, поэтому опасен для оборудования, материальных ценностей и живых организмов. Для защиты от поражения высоким напряжением в прошлом использовались различные изоляции из диэлектриков и проводились замеры параметров работы электролиний.

Сегодня при эксплуатации разнообразных электроустройств используются всевозможные устройства защитного отключения и автоматические выключатели, которые обеспечивают полную безопасность эксплуатации оборудования. Также применяются защитные меры, в том числе разделение рабочего нуля и заземление электротехники.

В процессе эксплуатации параметры электросетей и используемого оборудования может изменяться, что объясняется особенностями работы техники и износом силовых линий.

Потребуется на регулярной основе выполнять проверку соответствия текущих характеристик требуемым нормативам по безопасности электрических сетей. Только так можно будет обеспечить полную беспроблемность эксплуатации техники, исключив одновременно поражение электротоком.

Выполняются следующие замеры и контроль:

Проверка ДИФ-автоматов и УЗО.
Испытание током нагрузки автоматических выключателей.
Замер сопротивления цепи.
Измерение цепи фазы.
Замер сопротивления изоляции.
Испытание другого защитного технологического оборудования.

Подобные работы не представляют особой сложности, поэтому, имея начальные навыки в электротехнике и используя соответствующее оборудование, можно все замеры выполнить самостоятельно, что обеспечивает правильность работы техники и экономит расходы домовладельца на обращение к профессиональным специалистам.

Контроль параметров электросети выполняется на постоянной основе, вне зависимости от типа приборов и режимов их эксплуатации.

Для чего осуществляют измерение

Основной задачей выполнения измерения петли фазы-ноль является защита кабелей и электрооборудования от перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации техники. Высокое сопротивление электрокабелей приводит к перегреву линии, что, в конечном счёте, может спровоцировать короткое замыкание и пожар. На показатели фазы влияют различные параметры, в том числе окружающая среда, характеристики воздушной линии, качество кабеля.

При выполнении замеров в обязательном порядке включают контакты имеющейся автоматической защиты, контакторы, рубильники, проводники напряжения к электроустановкам. В качестве таких проводников используются силовые кабели, которые подают в фазу-ноль к запитываемой технике.

Полное сопротивление фазы-ноль рассчитывается с помощью специальных формул, которые учитывают материал и сечение проводников, протяжённость линии и ряд других параметров. Получить максимально точные результаты измерений можно лишь обследовав физическую цепь, к которой подключены различные электроустройства.

При наличии в электроцепи устройства защитного отключения его при выполнении измерений в обязательном порядке отключают, что позволяет получить максимально точные данные. Используемые УЗО при прохождении больших токов обесточивают сеть, поэтому получить достоверные результаты будет невозможно.

Существующие методики расчетов

Измерение фазы-ноль может выполняться с помощью различных методик. В промышленности и с электрооборудованием, где требуется максимально возможная точность расчетов, используются специальные приборы, которые имеют минимальную погрешность. Также в таком случае используются соответствующие формулы, которые учитывают различные факторы, влияющие на качество полученных данных. В бытовых условиях будет достаточно использование простейших измерителей, что поможет получить необходимую информацию.

Наибольшее распространение получили следующие методики измерения петли фаза-ноль:

Метод падения напряжения.
Метод короткого замыкания в цепи.
Использование амперметра-вольтметра.

При использовании метода снижения напряжения все замеры проводят при отключении нагрузки, после чего в цепь включают нагрузочное сопротивление с заранее рассчитанной величиной. С помощью специального устройства измеряется величина нагрузки в цепи, после чего полученные результаты сверяются с эталоном, проводятся соответствующие расчеты, которые сравниваются с нормативными данными.

Метод коротких замыканий в цепи подразумевает подключение к сети специального прибора, создающего искусственные короткие замыкания в необходимой потребителю точке. С использованием специальных устройств определяют величину тока короткого замыкания, а также время срабатывания защиты. Полученные данные сверяются с нормативными показателями, после чего рассчитывается соответствие электроцепи действующим нормативам и требованиям.

При использовании метода амперметра-вольтметра снимают с цепи питающее напряжение, после чего подключают к сети понижающий трансформатор, замыкают фазный провод действующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают, и, используя специальные формулы, определяют необходимые параметры.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получила методика измерения петли фаза-нуль методом подключения нагрузочного сопротивления. Такой способ сочетает простоту использования, максимальную точность, поэтому он применяется как в быту, так и при необходимости получения сверхточных данных. При необходимости контроля показателя фазы в одном здании сопротивление нагрузки подключают в самом дальнем доступном участке цепи. Подключение приборов осуществляется к предварительно защищенным контактам, что позволит избежать падения напряжения и ослабления силы тока.

Первоначальные измерения выполняют без подключения нагрузки, после чего с помощью амперметра производится контроль с точной нагрузкой. По результатам полученных данных рассчитывают сопротивление петли фаза-ноль.

Также имеется возможность использования специальных устройств, которые с помощью соответствующей шкалы позволяют получить нужное сопротивление, обеспечивая максимально возможную точность рассчитанных данных.

При измерении этого показателя рассчитанных данных хватает для определения качества электросети в быту. В промышленности при выполнении соответствующего контроля составляется протокол, куда заносят все полученные величины. В таком протоколе выполняют соответствующие расчеты, после чего бумага подписывается инженерами и прикладывается к общей нормативно-технической документации.

Используемые высокоточные приборы

Для измерений и расчетов фазы могут применяться как стандартные амперметры и вольтметры, использование которых не представляет сложности, так и узкоспециализированные приборы. Последние обеспечивают максимально возможную точность полученных данных по параметрам электросети. Наибольшее распространение получили следующие измерительные приборы.

M417 — это надежный проверенный годами прибор, разработанный специально для измерения показателя сопротивления в цепи фазы-ноль. Одной из особенностей этого прибора является возможность проведения всей работы без снятия питания, что существенно упрощает контроль за состоянием электросети. Этот аппарат использует метод падения напряжения, обеспечивает максимальную возможную точность полученных расчетов. Допускается использование М417 в цепи с глухозаземленной нейтралью и напряжением в 380 Вольт. Единственный недостаток использования этого приспособления — это необходимость калибровки устройства перед началом работы.

MZC-300 — измерительное устройство нового поколения, которое построено на базе мощного микропроцессора. Приборы используют метод падения напряжения с подключением сопротивления в 10 Ом. MZC-300 обеспечивает время замера на уровне 0,03 секунды и может использоваться в сетях с напряжением 180−250 Вольт. Прибор для обеспечения точности данных подключают в дальней точке сети, после чего нажимают кнопку Старт, а полученный результат выводится на небольшой цифровой дисплей. Все расчёты выполняет микропроцессор, что существенно упрощает контроль фазы.

ИФН-200 — многофункциональный прибор, позволяющий выполнять измерения фазы. Работает устройство с напряжением 180−250 Вольт. Имеются соответствующие разъемы для упрощения подключения к сети, а использование этого приспособления не представляет какой-либо сложности. Ограничение на измерении в цепи составляет 1 кОм, при превышении которого срабатывает защита и отключается устройство, предотвращая его перегрузку. Выполнен прибор на базе мощного микропроцессора и имеет встроенную память на 35 последних вычислений.

Автоматический выключатель и сопротивление петли фаза ноль бытовой проводки

Электрическая безопасность жилых помещений по-прежнему остается актуальной. Ей необходимо уделять постоянное внимание.

Однако не все владельцы квартир квалифицированно занимаются этим, зачастую просто не представляя специфику вопроса.

Часто можно встретить случаи, когда приобретенный в магазине автомат сразу установлен в качестве основной защиты электрической проводки и введен в работу без необходимых проверок.

В тексте статьи приводятся советы домашнему мастеру по выбору автоматического выключателя для защиты бытовой сети и способам его проверок применительно к конкретно выполненной электропроводке с поясняющими картинками, схемами и видеороликом.

Они призваны помочь начинающему электрику избежать типичные ошибки монтажа, наладки и эксплуатации защитных устройств, сделать бытовую электрическую проводку надежной и безопасной.

Содержание статьи

Особенности работы автоматического выключателя

Конструкция устройства и принципы работы этой защиты изложены отдельной статьей. Рекомендую ознакомиться с ней.

Автоматический выключатель создан для оперативного снятия напряжения со схемы питания в случае ее перегрузки или возникновения короткого замыкания.

Защитные функции

Режим перегрузок

Первоначальную защиту электрической схемы раньше выполняли с помощью предохранителя, плавкая вставка которого просто перегорела и разрывала электрическую цепь под тепловым воздействием аварийного тока.

Эта функция осталась в конструкции автоматического выключателя. В нем она реализована тепловым расцепителем и выполняет защиту от перегрузок, снимая напряжение с защищаемого участка с выдержкой времени. Это необходимо для исключения частых отключений при возникновении переходных процессов от различных коммутаций схемы.

Определять зону работы теплового расцепителя, как и его второй составляющей — электромагнита отключения удобно с помощью времятоковой характеристики, указывающей зависимость времени срабатывания от величины аварийного тока, проходящего по контактам биметаллической пластины.

Режим коротких замыканий

При его возникновении к схеме прикладываются максимально возможные мощности, энергия которых способна расплавить металлические провода или вызвать пожар. Поэтому с целью сохранения оборудования необходимо выполнять очень быстрое снятие питания за тысячные доли секунды.

Это задача второй составляющей защиты автоматического выключателя: токовой отсечки, которую выполняет электромагнитный расцепитель.

Обе защиты автомата работают автономно, не зависят друг от друга, имеют собственные уставки и настройки. Однако они подобраны под конкретную величину рабочего номинального тока, призваны обеспечивать его нормальное прохождение без излишних, ложных отключений.

Принцип выбора автоматического выключателя

При определении его технических возможностей учитывают:

величину номинального тока в сети, на которую существенное влияние оказывает состояние электропроводки и подключаемые к ней нагрузки;
допустимый режим перегрузок;
отключающие способности возможных аварийных режимов.

Алгоритм выбора автоматического выключателя по номинальному току с учетом особенностей схемы электроснабжения показан на диаграмме.

Она позволяет сделать предварительный расчет необходимых параметров автоматического выключателя, подобрать его защитные характеристики.

Для проведения подобного расчета также можно воспользоваться компьютерной программой Электрик 7-8.

Что такое петля фаза ноль

В любой бытовой схеме электрический ток совершает работу за счет того, что электродвижущая сила вторичной обмотки трансформаторной подстанции замыкается на цепочку, состоящую из последовательно подключенных электрических сопротивлений:

питающих шин 0,4кВ;
жил силовых кабелей и проводов;
включенных контактов защитных устройств;
контактных соединений коммутационных аппаратов и транспортных магистралей.

Всю эту собранную цепочку на языке электриков принято называть петлей фаза ноль. Ее техническое состояние, качество монтажа, эксплуатационные режимы и последующее обслуживание могут увеличить величину электрического сопротивления. Оно в большинстве случаев практически не оказывает значительного влияния на обычный режим электроснабжения.

Бытовые потребители будут нормально функционировать, а ток, проходя от обмотки трансформаторной подстанции по всем контактам, проводам и кабелям, совершает полезную работу.

Как бытовая проводка влияет на работу автоматического выключателя

Сопротивление петли фаза ноль может существенно сказаться на работе автоматических защит в аварийной ситуации: оно способно их сильно загрубить. Поэтому оно требует периодического измерения, учета и корректировок.

Увеличение сопротивления питающей цепочки может произойти:

в результате ослабления резьбовых зажимов на контактных соединениях;
ухудшения усилий сжатия пружинных контактов;
подключения дополнительных участков электроснабжения;
подгорания или засорения подвижных контактов коммутационных аппаратов;
по другим причинам.

Все эти факторы необходимо заранее, до момента возникновения аварии, выявить и своевременно устранить.

Еще один метод безопасного предотвращения последствий коротких замыканий — учет корректировок измененного электрического сопротивления этой петли и подбор по ним характеристик автоматического выключателя. Но для его обеспечения необходимо знать эту величину.

Как замеряется сопротивление петли фаза ноль

Работа состоит из трех этапов:

подготовительная часть;
электрические измерения;
анализ полученных данных и принятие решения по ним.

Подготовительный этап

Общепринято до начала проведения электрических замеров выполнять внутренний осмотр оборудования, проверять состояние контактов, прожимать резьбовые соединения. Любые выявленные дефекты, включая соединения проводов и кабелей, должны своевременно устраняться: иначе просто теряется смысл всей последующей работы.

Особое внимание обращайте на механическое состояние каждой жилы провода в месте контактного соединения. Среди электромонтажников встречаются работники, которые пережимают ее, деформируя металл и ослабляя его прочность. Со временем в этом месте создается излишний нагрев, а затем — разрыв провода.

Для измерения выбирается наиболее удаленная по проводке розетка. Ее тоже необходимо осмотреть и определить правильность схемы ее подключения к бытовой сети.

Основные принципы замера

Оценить качество настройки и работы автоматического выключателя можно двумя способами:

прямым созданием короткого замыкания в розетке с замером времени его отключения защитой;
косвенными методами.

Первый метод измерения является самым достоверным, эффективным, но наиболее опасным. Любые дефекты в электрической проводке или ошибки в выборе модели автоматического выключателя могут привести к возникновению опасных режимов, включая пожар. Поэтому на практике выполняют замер косвенным способом.

Для его проведения используют различные электронные приборы, работающие по принципу измерения падения напряжения на встроенном в корпус нагрузочном калиброванном сопротивлении.

При подключении измерителя в розетку вначале фиксируется напряжение холостого хода на ее контактах, а затем кратковременно коммутируется цепь через встроенный резистор. При этом определяется величина тока через него и разность приложенных потенциалов. По полученным данным автоматически осуществляются вычисления, а их результат высвечивается на табло.

На картинке приведен пример подобного измерения петли фаза ноль для системы заземления TN-S, когда путь тока создается по цепочке рабочего ноля. Однако не стоит забывать о проверке качества монтажа РЕ проводника. Для этого прибор подключают между ним и фазой, а технология измерения остается прежней.

В схеме заземления зданий TN-C замер сопротивления петли фаза ноль выполняют только между фазой и PEN проводником, а в системах заземления ТТ и TN-C-S, как и в предыдущем случае.

Современные электронные измерители предоставляют сведения не только о полном сопротивлении измеренной петли, но и об активной и реактивной составляющих с отображением направлений векторов тока и напряжения, участвующих в замере.

Анализ результатов измерения

Полученные показания измерителя сопротивления петли фаза ноль используются чисто в практических целях. Они предназначены для выполнения одного из последующих действий:

возможности продолжать эксплуатировать электрическую проводку и ее защиты в технически исправном состоянии без каких-либо переделок;
необходимости усовершенствования проводимости проблемных участков электропроводки;
срочного принятия мер по настройке защит автоматического выключателя или его замены.

Первый вывод

Его делают, когда:

результат замера соответствует нормативам;
ток рассчитанного короткого замыкания лежит в зоне срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя.

Определить ток короткого замыкания в петле фаза ноль позволяет простое действие: деление напряжения холостого хода в розетке на полученный замером результат сопротивления. Здесь действует общеизвестный закон Ома.

Полученную величину необходимо сравнить с зоной срабатывания автоматического выключателя. Ее определяют по величине номинального тока с обеспечением запаса 10% по требованию ПУЭ и действующей характеристике электромагнитного расцепителя (в бытовой проводке применяют автоматический выключатель типов “B”, “C” или “D”.)

Модернизация проблемных мест

Сравнение двух результатов измерения сопротивления петли относительно рабочего ноля и РЕ проводника позволяет сделать вывод о качестве монтажа этих отдельных цепочек.

РЕ проводник выполняют цельной конструкцией без возможности создания разрывов. Он обладает повышенной проводимостью. Но на результате конечного измерения его цепи в схемах TN-C-S и ТТ может сказаться величина сопротивления контура заземления. Ее тоже необходимо измерить и учесть, но это отдельная тема.

Сопротивление цепочки рабочего нуля может быть чуть выше: в него входят контакты коммутационных аппаратов, отдельные провода и кабели, что учитывается при анализе.

Вывод о непригодности автоматического выключателя

К нему можно прийти, если зона отключения токовой отсечки электромагнитом расположена выше рассчитанного тока короткого замыкания. В этом случае сработают только резервные защиты теплового расцепителя, но они обладают задержкой по времени, что не приемлемо для мгновенного отключения. Такой автоматический выключатель требует замены.

Таким образом, измерение сопротивление петли фаза ноль имеет чисто практическое значение и производится для корректировки электрических параметров схемы электропроводки, уточнения правильности работы, встроенных в нее защит.

Заключительный вывод

Периодическое проведение этой операции обеспечивает электрическую безопасность жилых помещений, надежность электроснабжения, оперативное устранение возможных аварийных ситуаций.

Замер сопротивления петли фаза ноль выполняют аккредитованные специалисты электротехнических лабораторий. Инструментальной базы и навыков домашнего мастера для выполнения подобной работы явно недостаточно.

Для закрепления материала рекомендую посмотреть видеоролик владельца Sitgreentv об измерении петли фаза ноль.

Если у вас остались вопросы по этой теме, то задавайте их в комментариях. Сейчас вам удобно поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

Полезные товары Полезные сервисы и программы

Как измерить сопротивление петли «фаза – ноль» вольтметром (мультиметром) и для чего это нужно? | Электрик со стажем.

Что бы оценить качество электропроводки (я больше люблю слово «надёжность»), иногда необходимо знать сопротивление петли «фаза – ноль». Сегодня Вы узнаете, как его можно измерить без специальных приборов (мультиметр к таким не относится, стоит недорого).

В прошлой статье Вы узнали, как это качество оценить «на глазок».

Я не пишу статьи, я делюсь с Вами своим опытом и знаниями. Стараюсь донести для Вас «занудные» темы простыми понятными словами.

Здравствуйте дорогие подписчики и читатели моего канала.

дешовый мультиметр

Итак – приступим.

Поступаем так же, как в прошлой статье, берём электрический чайник, наполняем его водой (чтобы он не сгорел без воды) и мультиметр. На мультиметре выставляем предел измерения переменного напряжения 750 В, и собираем схему, как на рисунке ниже (вернее ничего собирать не нужно, просто подключаем)

схема измерения

Первым подключим мультиметр, и посмотрим, что он показывает. У меня получилось 243,7 вольт.

Далее включаем чайник и смотрим опять на мультиметр, у меня получилось 237,7 вольт.

То есть разница напряжений составила 6 вольт.

Если у Вас розетка одноместная, то мультиметр подключаем в другую розетку, которая ближе.

Нам «точные расчёты» не нужны, мы считаем для себя, а нам «и так сойдёт».

Переворачиваем чайник и внизу читаем на этикетке: «мощность 1850-2200 Вт – напряжение 220-240 В».

Мы возьмём максимальные значения – 2200 Вт и 240 В. (можно и минимальные, разницы нет) найдём его сопротивление по формуле:

формула

(Кто не умеет возводить «в квадрат» на калькуляторе получится: 240*240/2200=26,18). У нас получилась «схема замещения», как на рисунке ниже.

схема замещения

Для простоты будем считать, что сопротивление «генератора» настолько мало, что мы его учитывать не будем. Воспользуемся схемой и формулой делителя напряжения, выглядят они так:

делитель напряжения

Подставим значения, которые мы измерили и посчитали:

R петли =(243,7*26,18)/237,7-26,18=0,66 Ом

Как измерить сопротивление петли «фаза – ноль» вольтметром (мультиметром) и для чего это нужно?

Так мы узнали, какое сопротивление петли «фаза-ноль» у меня дома, на самой «дальней» розетке (у Вас оно будет другим).

Возникает вопрос, а для чего нам это надо?

Зная это сопротивление, мы можем узнать «ток короткого замыкания» нашей электропроводки в месте измерения.

243,7 В/0,66 Ом=369 Ампер.

Ну и что, ну и узнали, а для чего нам (или Вам) это надо?

А вот для чего:

У меня проводка выполнена 19 лет назад, делал сам, провод алюминиевый 2,5мм/2 и автомат защиты 16А. измерение проводил в самой дальней розетке (она двойная), до неё несколько распред-коробок, соединения на «скрутках». Автомат защиты 16А с характеристикой «С» срабатывает при «сверхтоке» =5-10 J номинального, что в моём случае составит 16*10=160А, что вполне достаточно для гарантированного срабатывания автомата защиты при коротком замыкании на этой розетке.

То есть можно «спать спокойно».

Если у Вас примерно такой же (по мощности) чайник, и напряжение в розетке при его включении падает менее чем на 6 вольт (при «автомате» «с 16А»), то Вы тоже можете «спать спокойно».

Со временем добавлял новые линии (с приобретением новой бытовой техники), на них сопротивление петли «фаза – ноль» будет другим (ещё меньше).

Если статья была для Вас полезной, ставьте лайки и подписывайтесь на мой канал.

Задавайте вопросы и оставляйте комментарии, вступайте в дискуссию. До следующих встреч.

Тестовая цепь нулевой фазы. Электрический Бабор. Измерение сопротивления цепи «Фаза-ноль». Электрогенизация

В соответствии с ПТЭЭП для контроля чувствительности, защиты от однофазных замыканий на землю в установках до 1000 В с глухой нейтралью необходимо измерить сопротивление контура «фаза-ноль».

Для измерения сопротивления шлейфа «Фаза-ноль» существует ряд устройств, различающихся схемами, точностью и т. Д.Сфера использования различных устройств приведена в таблице. один.

Приборы для измерения электрических параметров заземляющих устройств, в том числе для измерения сопротивления контура фаза-ноль

Проверка производится для самых удаленных и мощных электроприемников, но не менее 10% от их общего количества. Проверку можно рассчитать по формуле ZPET = ZP + ZT / 3 где нулевое сопротивление проводов шлейфа фазы-ноль; ZT – полное сопротивление питающего трансформатора.Для алюминиевых I. медные провода Zпет = 0,6 Ом / км.

ЗПТ определяется однофазным током короткого замыкания На Земле: IK = UF / ZPT Если расчет показывает, что кратность однофазного тока замыкания на землю на 30% превышает допустимую кратность срабатывания срабатывания защитных устройств, указанных в, то можно ограничиться расчетом. В противном случае прямые измерения тока короткого замыкания следует проводить специальными приборами, например типа ЭКО-200, Ех-01 или по методу амперметр-вольтметр при низком напряжении.

Метод амперметра – вольтметра при измерении сопротивления контура фаза-ноль

Тестовое электрооборудование отключено от сети. Измерение производится переменным током от выходного трансформатора. Для измерения производится искусственное замыкание однофазного провода на электроприемном корпусе. Схема испытаний – приведена на рисунке.

Схема измерения сопротивления контура фазы ноль по методу амперметр – вольтметр.

После подачи напряжения измеряется ток I А по напряжению U ток измерения должен быть не менее 10 – 20 А. Сопротивление измеряемого контура Zp = u / i. Полученное значение ZP следует арифметически сложить с расчетным значением полного сопротивления одной фазы питающего трансформатора R T / 3.

Программа измерения сопротивления контура фаза-ноль

1. Ознакомление с проектной и исполнительной документацией и результатами предыдущих испытаний и измерений.

2. Подготовка необходимых электроизмерительных приборов и испытательных устройств, проводов и защитных средств.

3. После проведения организационно-технических мероприятий и допусков по объекту замеры и испытания

4. Оценка и обработка результатов измерений и испытаний.

5. Оформление измерений и испытаний.

6. Корректировка схем, оформление подписей о пригодности (непригодности) электрооборудования к дальнейшей эксплуатации.

Со временем в ЛЭП в них происходят изменения, которые невозможно отследить визуально или установить их с помощью математических расчетов. Для стабильной и бесперебойной работы электрооборудования необходимо периодически измерять определенные параметры. Один из них – это измерение контура фаза-ноль, которое выполняется с помощью специальных устройств. Если фазный провод замкнут на ноль в точке потребления, между фазой и нулевым проводом создается контур, который является контуром фаза-ноль.Он включает в себя: трансформатор, корни, переключатели, стартеры – все коммутационное оборудование. Ниже мы расскажем читателям, как измерить сопротивление контура, предоставив существующие методики и оборудование.

Периодичность и назначение измерений

Для надежной работы электросети необходимо периодически проверять силовой кабель и оборудование. Эти испытания проводятся перед сдачей объекта в эксплуатацию, после капитального и текущего ремонта электросети, после проведения пусконаладочных работ, а также в установленный руководителем предприятия график.Измерения производятся по следующим основным параметрам:

сопротивление изоляции;
сопротивление петли фаза-ноль;
параметров грунта;
вариантов автоматических выключателей.

Основной задачей измерения параметра контура фаза-ноль является защита электрооборудования и кабелей от срабатывания, происходящего во время работы. Повышенное сопротивление может привести к перегреву линии и, как следствие, к возгоранию. Большое влияние на качество кабеля оказывает воздуховод окружающей среды.Температура, влажность, агрессивная среда, время суток – все это влияет на состояние сети.

В цепь для измерений входят контакты автоматической защиты, корни, контакторы, а также подводящие провода к электроустановкам. Этими проводниками могут быть силовые кабели, питающие фазу и нулевые или воздушные линии, выполняющие ту же функцию. Если есть защитное заземление – фазный провод и заземляющий провод. Такая цепочка имеет определенное сопротивление.

Общее сопротивление контура фаза-ноль можно рассчитать по формулам, которые будут учитывать сечение проводников, их материал, длину линии, хотя точность расчетов будет невелика.Более точный результат можно получить, измерив физическую цепочку с существующими устройствами.

В случае использования в сети устройства защитного отключения (), необходимо отключить его при измерении. Параметры Узо рассчитаны так, что при пропускании больших токов он будет отключать сеть, что не даст достоверных результатов.

Обзор методов

Существуют различные методы проверки фазы-нуля контура, а также множество специальных измерительных приборов.Что касается методов измерения, то считается сеть:

Метод падения напряжения. Измерения проводятся при отключенной нагрузке, после чего подключается сопротивление нагрузки известного значения. Работы выполняются с помощью специального приспособления. Результат обрабатывается и с помощью расчетов производится сравнение с нормативными данными.
Метод короткого замыкания цепи. В этом случае устройство подключается к цепи и искусственно создает короткое замыкание в точке длительного потребления.С помощью прибора определяют ток короткого замыкания и время срабатывания, после чего делают вывод регламента этой сети.
Метод амперметра-вольтметра. Снимите напряжение питания, после чего с помощью пониженного трансформатора переменного тока замкните фазный провод на корпусе активной электроустановки. Полученные данные обрабатываются и по формулам определяют желаемый параметр.

Основным методом такой проверки было измерение падения напряжения при подключении сопротивления нагрузки.Этот метод стал основным из-за простоты использования и возможности дальнейших расчетов, которые необходимо провести для получения дальнейших результатов. При измерении петли фаза-ноль в пределах одного здания сопротивление нагрузки учитывается на самом дальнем участке цепи, как удаленном от источника питания. Подключение устройств осуществляется к хорошо очищенным контактам, что необходимо для точных измерений.

Сначала измеряют напряжение без нагрузки, после подключения амперметра к нагрузке измерения повторяются.По полученным данным рассчитывается сопротивление цепи фаза-ноль. Воспользовавшись готовым приспособлением, предназначенным для такой работы, можно сразу получить желаемый масштаб на шкале.

После измерения составьте протокол, в который будут занесены все необходимые значения. Протокол должен быть стандартной формы. Он также предоставляет данные об использованных измерительных приборах. В конце протокола подводится итог соответствия (несоответствия) данной области нормативно-технической документации.Схема заполнения протокола следующая:

Какие устройства используете?

Чтобы ускорить процесс измерения контура, промышленность выпускает различные измерительные приборы, которые могут использоваться для измерения параметров сети различными методами. Наибольшую популярность набрали следующие модели:

О том, как измерить сопротивление контура фаза-ноль с помощью приборов, вы можете узнать, просмотрев примеры видеоданных.

Электричество на данный момент – это не только удобство и качество проживания, но и большая опасность для человека. Хорошо, если электромонтаж в доме сделают профессионалы. Ведь их нужно проверять на безопасность. Как? Для этого используется метод, основанный на создании высокой нагрузки в электропроводке. Такой метод электрики называют измерением сопротивления контура фазного нуля.

Что это такое и как формируется схема проверки

Начать нужно с пути, по которому проходит электричество от подстанции до розетки в доме.Обращаем ваше внимание, что в старых домах в электрике чаще всего бывает сеть без заземляющего контура (заземления), то есть для розетки подходит фазный провод и ноль (фаза и ноль).

Итак, от подстанции до дома сеть может составлять несколько сотен метров, к тому же она разделена на несколько участков, где по-разному используются кабели и несколько коммутаторов. То есть это довольно сложное общение. Но самое главное, вся площадь имеет определенное сопротивление, что приводит к потере мощности и напряжения.И это не важно, сборка и установка или не очень. Этот факт известен специалистам в данной области техники, поэтому сетевой проект составляется с учетом потерь данных.

Безусловно, грамотный монтаж – залог правильной работы сетевого района. Если в процессе сборки и электромонтажа были внесены отклонения и требования или допущены ошибки, то это гарантия возрастающих потерь, сбоев в работе сети, аварий. Поэтому специалисты проводят замеры сетевых индикаторов и анализируют их.

Следует отметить, что вся электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, образованный фазовым контуром и нулем. По сути, это своего рода петля. Поэтому его также называют нулевой фазой контура.

Как измеряется сеть

Чтобы понять это, необходимо рассмотреть схему, в которой потребитель подключается через обычную розетку. Так вот к розетке, как уже было сказано выше, суммируются фаза и ноль. При этом потеря напряжения происходит из-за розетки из-за сопротивления основных кабелей и проводов.Давно известен этот процесс по формуле Омара:

Правда, эта формула описывает коэффициент постоянного электрического тока. Чтобы перевести его в текущую переменную, нужно будет учесть некоторые показатели:

Активная составляющая сопротивления сети.
Реактивный, состоящий из емкостной и индуктивной части.

Что это значит? Необходимо понимать, что электродвижущая сила, возникающая в обмотках трансформатора, образует электрический ток.Он теряет напряжение при прохождении по проводам потребителя и питания. При этом сам ток преодолевает несколько видов сопротивления:

Актив – это потребитель и провода. Это самое большое сопротивление.
Индуктивность – это сопротивление встроенных обмоток.
Емкостный – это сопротивление отдельных элементов.

Для расчета полного сопротивления сети (фазы контура и нуля) необходимо определить электродвижущую мощность, которая создается на обмотках трансформатора.Правда, на подстанцию без особого допуска не пустят, поэтому замер петли фаза-ноль придется делать в самой розетке. При этом учтите, что розетка не должна загружаться. После этого необходимо измерить напряжение под нагрузкой. Для этого в розетку включают любое устройство, это может быть даже обычная лампа накаливания. Измеряется напряжение и сила тока.

Внимание! Нагрузка на розетку в процессе измерения должна быть стабильной.Это первое. Второй – оптимальным вариантом считается, если сила тока в цепи от 10 до 20 ампер. В противном случае дефекты сетевого сайта могут не проявиться.

Теперь по закону Ома можно определить импеданс контура. В этом случае придется учитывать, что напряжение (измеримое) в розетке может отклоняться от номинального при нагрузке и без таковой. Поэтому сначала необходимо рассчитать сопротивление при разных значениях напряжения.Понятно, что при нагрузке напряжение будет больше, поэтому импеданс контура равен разности двух сопротивлений:

Rp = R2-R1, где R2 – сопротивление контура при нагрузке, R1 – без такового.

Что касается точно выполненных измерений. Самодельные приборы Это можно сделать, здесь нет никаких проблем, но вот только точность измерений в этом случае будет очень низкой. Поэтому для этого процесса рекомендуется использовать вольтметры и амперметры с высокой точностью (класс 0.2). Правда, такие средства измерений используются в основном в измерительных лабораториях. Вам нужно с ними справиться. К тому же такие устройства требуют частого тестирования.

Хотя надо отдать должное маркету, сегодня такие устройства можно приобрести в свободном доступе. Они не годятся, но для профессионала это необходимая вещь.

Где держать заморозку

Измерение петли фаза-ноль – розетки. Но опытные электрики знают, что это место не единственное.Например, дополнительное место – клеммы в распредвале. Если в доме заведена трехфазная электрическая сеть, то проверять сопротивление контура нулевой фазы нужно на трех клеммах фаз. Ведь всегда есть вероятность, что контур одной из фаз был собран неправильно.

Цель измеряемых измерений

Итак, две цели – определение качества эксплуатируемых сетей и оценка надежности защитных блоков и устройств.

Что касается первой позиции, то надо будет сравнить полученные замеры, а точнее сопротивление шлейфа с проектом. В этом случае, если рассчитанный показатель оказался выше нормативного, то оценка явно неверно произведена при установке или других дефектах ствола. Например, грязь или коррозия контактов, малое сечение кабелей и проводов, неграмотно проведенные скрутки, плохая изоляция и так далее. Если проект электрической сети по каким-либо причинам отсутствует, то для сравнения расчетного сопротивления шлейфа с номинальным необходимо будет обратиться в проектную организацию.Чтобы разобраться в таблицах и расчетах, необходимо прежде всего иметь инженерные знания по электрике.

Что касается второй позиции. В принципе, также необходимо провести некоторые расчеты по закону и формуле Ома. Основная задача – определить силу тока короткого замыкания, ведь чаще всего это будет необходимо для защиты электрической сети. Следовательно, в данном случае используется формула:

ИКЗ = УРД / РП.

Если предположить, что сопротивление контура фазы до нуля составляет, например, 1,47 Ом, то ток короткого замыкания будет равен 150 ампер. Под эту величину и нужно выбрать устройство защиты, то есть автомат. Правда, в правилах ПУЭ есть определенные нормы, которые создают определенный запас прочности. Следовательно, II увеличивается на коэффициент 1,1.

Выбрать автомат по всем вышеперечисленным значениям можно, если сравнить их в таблицах PUE.В нашем случае вам понадобится автомат класса «С» с ИОН = 16 А и кратностью 10. В итоге получаем:

I = 16x10x1,1 = 176 А. Сила тока короткого замыкания у нас была 150 А. О чем говорится.

Во-первых, машина была неправильно выбрана и установлена. Его необходимо заменить.
Во-вторых, ток COC в сети меньше, чем у автомата. Значит, не выключится. А это может привести к пожару.

Связанные записи:

Современный человек привык, что электричество постоянно используется для удовлетворения его запросов и выполняет большую, полезную работу.Довольно часто монтаж электрических схем, подключение электроприборов, электромонтаж внутри частного дома выполняют не только обученные электрики, но и домашние мастера или наемные трудовые мигранты.

Однако всем известно, что электричество опасно, может быть травмировано и поэтому требует качественного выполнения всех технологических операций для надежного прохождения токов в рабочем контуре и обеспечения их высокой изоляции от окружающей среды.

Сразу возникает вопрос: как проверить эту надежность после того, как работа вроде бы выполнена, а внутренний голос терзают сомнения в ее качестве?

Ответ на него позволяет дать метод электрических измерений и анализа, основанный на создании повышенной нагрузки, что на электрическом языке называется измерением сопротивления контура фаза-ноль.

Принцип формирования цепочки для проверки схемы

Вкратце представьте себе путь, по которому проходит электричество от источника – питающей трансформаторной подстанции до розетки в квартире типового многоэтажного дома.

Отметим, что в старых корпусах, оборудованных программным обеспечением, еще может закончиться переход на схему TN-C-S. В этом случае расщепление PEN-проводника в распределительных домах электрического щита выполняться не будет. Следовательно, розетки подключаются только фазным проводом L и рабочим нулем N без защитного повторного проводника.

Глядя на картинку можно понять, что длина кабельной линии от обмоток трансформаторной подстанции до торцевой розетки состоит из нескольких участков и может иметь длину в среднем сотни метров.В примере задействованы три кабеля, два распределительных щита с коммутационными устройствами и несколько разъемов. На практике количество соединительных элементов намного больше.

Такой участок имеет определенное электрическое сопротивление и вызывает потери и падение напряжения даже при правильном и надежном монтаже. Эта величина регламентируется техническими стандартами и определяется при составлении проекта производства работ.

Любое нарушение правил сборки электрических цепей приводит к ее увеличению и созданию неуравновешенного режима работы, а также отдельных ситуаций и аварий в системе.По этой причине участок от обмотки трансформаторной подстанции до розетки в квартире подвергают электрическим измерениям и анализируют полученные результаты для корректировки технического состояния.

По всей длине смонтированная цепочка от вывода до обмотки трансформатора напоминает обыкновенную петлю, а так как она образована двумя проводящими фазными и нулевыми магистралями, то ее называют – фазовой и нулевой петлей.

Более наглядное представление о его образовании дает следующая упрощенная картина, на которой более подробно показан один из способов прокладки проводов внутри квартиры и прохождения токов по ней.

Вот, например, включенный автоматический выключатель AV, расположенный внутри электрического квартирного щита, контактирует с распределительной коробкой, к которой подключаются провода кабеля и нагрузка в виде лампы накаливания. Через все эти элементы протекает ток в обычном режиме работы.

Принципы измерения сопротивления контура фаза-ноль

Как видим, на вывод провода поступает напряжение от редуцированной обмотки трансформаторной подстанции, которое создает ток через лампочку, подключенную к розетке.В этом случае некоторая часть напряжения теряется на сопротивлении токопроводящих магистралей.

Соотношение между сопротивлением, током и падением напряжения на участке цепи описывает знаменитый закон Ома.

Сразу нужно учесть, что у нас не постоянный ток, а переменная синусоидальная, которая характеризуется векторными значениями и описывается сложными выражениями. Ни одна активная составляющая сопротивления не влияет на его полный размер, а реактивная составляющая включает индуктивную и емкостную части.

Эти модели описываются треугольником сопротивления.

Электродвижущая сила, создаваемая обмоткой трансформатора, создает ток, который вызывает падение напряжения на лампочке и проводах цепи. При этом преодолеваются следующие виды сопротивления:

активный в нити накала, проводах, контактных соединениях;

индуктивный от встроенных обмоток;

емкостных отдельных элемента.

Основная часть импеданса составляет активную часть.Поэтому при установке схемы для примерной оценки ее замеряют от источников постоянного напряжения.

Общая площадь сопротивления s контура фаза-ноль с учетом нагрузки определяется следующим образом. Сначала узнайте значение ЭДС, создаваемой на обмотке трансформатора. Его значение обязательно покажет вольтметр V1.

Однако доступ к этому месту обычно ограничен, и выполнить это измерение невозможно.Поэтому делается упрощение – вольтметр вставляется в контакты розетки без нагрузки и записывается показание напряжения. Тогда:

– записываются показания прибора;

расчет выполнен.

Выбирая нагрузку нужно обращать на это внимание:

стабильность при измерениях;

возможность генерации тока в цепи порядка 10 ÷ 20 ампер, при меньших значениях дефекты монтажа могут не появиться.

Величина полного сопротивления контура с учетом подключенной нагрузки получается делением значения E, измеренного вольтметром V1, на ток I, определенный амперметром A.

Z1 = e / i = u1 / i

Общее сопротивление нагрузки рассчитывается делением падения напряжения на ее участке U2 на силу тока I.

Теперь осталось только исключить сопротивление нагрузки Z2 из расчетного значения Z1. Получается полное сопротивление контура фаза-ноль zp.ЗП = Z2-Z1.

Технологические особенности измерения

Любительские измерительные приборы Точно определить значение сопротивления шлейфа практически невозможно из-за больших значений их погрешности. Работы должны выполняться амперметрами и вольтметрами повышенного класса точности 0,2, и они обычно используются только в электролабораториях. Кроме того, они требуют умелого тиража и частых периодов поверки в метрологической службе.

По этой причине лучше запутать специалистов лаборатории. Однако они, скорее всего, используют не одиночный амперметр и вольтметр, а специально созданный для этого высокоточный измеритель сопротивления петли сопротивления фаза-ноль.

Они уже продаются в широком ассортименте и стоят от 16 тысяч рублей по ценам декабря 2015 года.

Рассмотрим их прибор на примере прибора под названием измеритель тока короткого замыкания 1824lp.Насколько верен этот термин судить не буду. Скорее всего, его используют маркетологи для привлечения клиентов в рекламных целях. Ведь этот прибор не умеет измерять короткие замыкания. Это только помогает им считать после измерений при нормальной работе сети.

Измеритель поставляется с проводами и наконечниками, проложенными внутри крышки. На его передней панели расположена одна кнопка управления и дисплей.

Внутри полностью реализована электрическая схема питания, исключающая ненужные манипуляции со стороны пользователя.Для этого он снабжен нагрузочным сопротивлением R и измерителями напряжения и тока, подключаемыми нажатием кнопки.

Элементы питания, внутренние платы и соединения соединительных проводов Показаны изображения.

Такие устройства подключаются экранами проводов к розетке и работают автоматически. Некоторые из них имеют оперативную память, в которую заносятся результаты измерений. Через некоторое время их можно будет постоянно просматривать.

Техника измерения сопротивления автоматическими измерителями

На подготовленном к эксплуатации приборе соединительные концы устанавливаются в розетку, а тыльная сторона соединяется с контактами розетки.Счетчик сразу автоматически определяет значение напряжения и выводит его на дисплей в цифровом виде. В приведенном выше примере это 229,8 В. После этого нажмите кнопку переключения режима.

Устройство замыкает внутренний контакт для подключения сопротивления нагрузки, создавая в сети ток более 10 ампер. После этого происходит ток и расчеты. На дисплее отображается значение полного сопротивления контура фаза-ноль. На фото он равен 0.61 Ом.

Отдельные счетчики при работе используются алгоритмом для расчета тока короткого замыкания и дополнительно вывода его на дисплей.

Места проведения измерений

Метод определения сопротивления, показанный на двух предыдущих фотографиях, полностью применим к схемам электропроводки, собранным устаревшей системой TN-C. Когда в проводке присутствует повторный проводник, то необходимо определить его качество.Делается это путем соединения проводов устройства между контактом фазы и защитным нулем. Других отличий нет.

Электрики не только оценивают сопротивление контура фаза-ноль на торцевой розетке, но часто эту процедуру необходимо проводить на промежуточном элементе, например, на выводе распределительного вала.

Трехфазные системы электроснабжения проверяют состояние цепи каждой фазы отдельно. Через любой из них когда-нибудь может протекать короткое замыкание.А как собирали покажут замеры.

Почему выполняется заморозка

Проверка сопротивления контура фаза-ноль осуществляется с двумя мишенями:

1. Определение качества монтажа для выявления слабых мест и ошибок;

2. Оценка надежности выбранной защиты.

Обнаружение качественного монтажа

Метод позволяет при планировании работ сравнить измеренную реальную величину сопротивления с расчетной, допустимой по проекту.Если прокладка проводки была выполнена качественно, измеренное значение будет соответствовать требованиям технических норм и обеспечит условия для безопасной эксплуатации.

Когда расчетное значение контура неизвестно, а реальное измерено, можно обратиться к специалистам проектной организации для выполнения расчетов и последующего анализа состояния сети. Второй способ – самостоятельно попытаться разобраться в таблицах конструкторов, но для этого потребуются инженерные знания.

При заваленном сопротивлении шлейфа придется искать брак в работе. Их может быть:

грязь, следы коррозии на контактных соединениях;

бакалавриат сечения жил кабеля, например, использование 1,5 квадрата вместо 2,5;

некачественное исполнение скрутки уменьшенной длины без приварки концов;

использование материала для токоведущих жил с повышенным сопротивлением;

другие причины.

Оценка надежности выбранной защиты

Задача решается следующим образом.

Нам известно значение номинального напряжения сети и определено значение полного сопротивления контура. В случае металлического замыкания фазы на ноль в этой цепи протечет однофазный ток короткого замыкания.

Его значение определяется по формуле ICZ = URA / ZP.

Рассмотрим этот вопрос для значения импеданса, например, в 1,47 Ом. Ikz = 220 В / 1,47 Ом = 150А

Такую величину мы определили. Теперь осталось оценить качество подбора номиналов установленного в этой цепочке защитного выключателя для исключения аварий.

Предположим, что в электрощите установлен автоматический выключатель класса «С» с номинальным током 16 А и кратностью 10. Для него выключение электромагнитного расцепителя КЗ должно быть не менее рассчитанного по формуле: i \ u003d 1.1x16x10 = 176 А. А мы рассчитали 150 А.

Сделать 2 выхода:

1. Текущее срабатывание электромагнитной защиты меньше, чем может быть показано на схеме. Следовательно, выключатель от него не будет отключаться, а произойдет только срабатывание теплового расцепителя.Но он будет превышать 0,4 секунды и не обеспечит безопасность – велика вероятность возгорания.

2. Автоматический выключатель Установлен неправильно и подлежит замене.

Все перечисленные факты позволяют понять, почему профессиональные электрики уделяют особое внимание надежной сборке. электрические цепи А сопротивление контура петли фаза-ноль выполняется сразу после монтажа, периодически в процессе эксплуатации и вызывает сомнения в правильности работы защитных автоматов.

Измерение контура «Фаза – Ноль» производится при приемных испытаниях при вводе в эксплуатацию новой электроустановки или после ремонта (реконструкции) старой. Проверка состояния аппарата защитной коммутации по запросу службы охраны труда также может сопровождаться измерениями сопротивления контура, образующегося при подключении фазного провода к нулю.

Почему измерения предпочтительнее расчетов

Расчет этого параметра возможен, но истинное значение будет отличаться от результирующих расчетов.Причина в том, что такие факторы, как переходные сопротивления прерывателей, контакторов и других устройств, не могут быть приняты во внимание в расчетах. Кроме того, неизвестен точный способ пропускания тока в режиме короткого замыкания, поскольку в цепь входит такое оборудование, как контур заземления, различные трубопроводы и металлоконструкции. Измерение сопротивления контура «Фаза – ноль» и непрерывного тока с помощью специального прибора, все эти факторы учитываются автоматически.

Способ измерения петли «Фаза – ноль»

Используются следующие методы измерения: падение напряжения в отключенной цепи, то же – по сопротивлению нагрузки и метод КЗ.Второй способ принципиально реализован на работе Сонела производства типа МЗЦ-300. Методы проведения измерений. Этот метод изложен в ГОСТ 50571.16-99. Преимущество этого метода в простоте и безопасности.

Прежде чем перейти к основным измерениям, следует испытать сопротивление и непрерывность. защитные проводники. При измерении прибор MZC-300 должен учитывать, что автоматическая блокировка процесса возможна в следующих случаях:

Напряжение в сети превышает 250 В: прибор в это время издает звуковой продолжительный сигнал, и на дисплее появляется «OFL».В этом случае измерение необходимо остановить.
При размыкании цепи PE / N появляется символ в виде двойного тире и раздается звуковой сигнал после нажатия на кнопку «Пуск». Нужно быть осторожным: защиты от токов CW в сети нет.
При снижении напряжения в тестовой цепи ниже 180 В на дисплее загорается символ «U», который сопровождается двумя продолжительными звуковыми сигналами после нажатия на кнопку «Пуск».
В случае перегрева устройства из-за значительных нагрузок появляется символ «Т» и звучат два сигнала. В этом случае необходимо уменьшить количество операций в единицу времени.

Для проведения измерений соответствующие клеммы прибора подключаются к одной из фаз и глухой нейтрали (в сети с защитным заземлением вместо нейтрали прибор подключается к заземляющему проводу). При проверке состояния защиты электроустановки от замыкания на корпусе устройство MZC-300 подключается к клемме заземления и фазному проводу.Необходимо следить за надежностью контакта: необходимо использовать проверенные наконечники (при необходимости – заостренные щупы), а место подключения необходимо очистить от оксида.

Во время измерения серией MZC-300 моделируется короткое замыкание: ток протекает через резистор с известным сопротивлением (10 Ом) в течение 30 мс. Приведенное значение силы тока – один из параметров, участвующих в формировании результата. Непосредственно перед определением значения этого тока прибор измеряет фактическое напряжение в сети.Векторы тока и напряжения корректируются, после чего процессор вычисляет полное сопротивление контура KZ, накладывая его на реактивную и активную составляющие, и угол сдвига фаз, сформированный в измеряемой цепи при протекании непрерывного тока. Диапазон измерения полного сопротивления выбирается прибором автоматически.

Чтение и исполнение результата

После измерения результат может отображаться на дисплее в виде значения импеданса контура CZ или непрерывного тока.Для просмотра и переключения режима отображения нажмите кнопку Z / I. Полное сопротивление отображается на дисплее, и необходимо рассчитать текущее значение CW.

После подключения прибора к тестовой цепи определяется напряжение, после чего включается режим измерения нажатием кнопки «Старт». Если нет факторов, которые могут вызвать блокировку процесса, на дисплее отображается ожидаемый непрерывный ток или ток полного сопротивления. Если вам необходимо узнать значения других параметров (реактивного и активного сопротивления, угла сдвига фаз), воспользуйтесь кнопкой SEL.Предельное значение реактивного, активного и импеданса составляет 199,9 Ом. Если этот предел превышен, на дисплее отобразится символ OFL, если устройство будет в режиме измерения тока CW, символ UFL указывает на небольшое значение. При необходимости увеличения дальности необходимо использовать другую модификацию прибора – MZC zose: специальная функция УЗО позволяет получить результаты до 1999 года.

Периодичность измерения сопротивления контура «Фаза – ноль» определяется документом ПТЭЭП и системой ППР, которая предусматривает своевременное проведение капитального и текущего ремонта электрооборудования.При выходе из строя устройств защиты после их ремонта или замены проводятся внеплановые работы по установлению значений параметров цепочки параметров «Фаза – Ноль».

Заключение Результаты измерений выполняются следующим образом. Выполнив все работы по описанной выше методике, получаем значение однофазного тока Kz. Сравните результат с током, при котором срабатывает выключатель машины, или с вставной стойкой. Делаем выводы о пригодности средств защиты.Все полученные результаты заносятся в протокол установленной формы.

Цепи с фазовой синхронизацией – обзор

Цепи с фазовой синхронизацией

Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) представляет собой схему управления с обратной связью, чувствительную к частоте и фазе. Он состоит из трех основных частей: смесителя или фазового детектора, ФНЧ и ГУН, как показано на рис. 4.19. Сигнал от VCO сравнивается с входным сигналом. Если между ними есть разница в частоте (или фазе), генерируется сигнал ошибки.Этот сигнал ошибки фильтруется фильтром LPF до переменного уровня постоянного тока и используется для управления частотой VCO. Это сигнал обратной связи.

Рисунок 4.19. Фазовая автоподстройка частоты.

Если частота VCO, f _o, отличается от частоты входного опорного сигнала, фазовый детектор рассматривает это как фазовый сдвиг. Это заставляет фазовый детектор вырабатывать сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки фильтруется в изменяющийся сигнал постоянного тока, который используется для управления ГУН.

ГУН может быть либо генератором синусоидальной волны, либо генератором прямоугольной волны, в зависимости от желаемой формы волны на выходе.В любом случае выходная частота ГУН прямо пропорциональна управляющему напряжению постоянного тока. В ГУН существует линейная зависимость напряжения от частоты. Это означает, что изменение управляющего напряжения приводит к пропорциональному изменению выходной частоты. Если напряжение повышается, повышается и частота.

Теперь, если входной опорный сигнал, частота которого близка к частоте ГУН, подается на ФАПЧ, фазовый детектор будет генерировать выходное напряжение, пропорциональное разности частот.Этот сигнал фильтруется, и результирующее управляющее напряжение постоянного тока подается на ГУН. Управляющее напряжение таково, что заставляет частоту ГУН двигаться в направлении, которое уменьшает сигнал ошибки. Это означает, что частота VCO будет изменяться до тех пор, пока не станет равной частоте входного опорного сигнала. Когда это происходит, два сигнала синхронизируются или «блокируются». Разность фаз заставляет фазовый детектор вырабатывать напряжение постоянного тока на входе ГУН, чтобы синхронизировать ФАПЧ с входным сигналом.

При изменении входного опорного сигнала фазовый детектор распознает разность частот (или фаз) между входом и выходом ГУН. В результате LPF будет производить другой управляющий сигнал постоянного тока, который заставит VCO измениться так, чтобы он стал равным новой входной частоте. Как вы видите, ФАПЧ будет «отслеживать» частоту входного сигнала по мере ее изменения.

Диапазон частот, в котором ФАПЧ будет отслеживать входной сигнал и оставаться заблокированным, известен как диапазон синхронизации.Это диапазон частот выше и ниже частоты холостого хода VCO. ФАПЧ может отслеживать и «блокировать» любую входную частоту в этом диапазоне. Если применяется входной сигнал вне диапазона блокировки, ФАПЧ не будет синхронизироваться.

Если входной сигнал изначально выходит за пределы диапазона блокировки, ФАПЧ не блокируется. Но ФАПЧ перейдет в состояние блокировки, как только входная частота приблизится к частоте ГУН. Другими словами, ФАПЧ будет «захватывать» входящий сигнал, если он достаточно близок к частоте ГУН.После захвата входного сигнала ФАПЧ блокируется и будет отслеживать дальнейшие изменения частоты входного сигнала.

Диапазон частот, в котором ФАПЧ может захватывать сигнал, известен как диапазон захвата. Как и диапазон блокировки, он также ориентирован на частоту свободного хода. Но диапазон захвата уже, чем диапазон захвата. ФАПЧ действует как частотно-чувствительная схема в узком диапазоне частот.

Поскольку ФАПЧ будет захватывать и фиксировать только входные сигналы в определенной узкой полосе, ФАПЧ действует как полосовой фильтр.По этой причине ФАПЧ – отличный стабилизатор сигнала. Вы можете взять шумный входной сигнал или сигнал с нежелательными помехами и отфильтровать его с помощью ФАПЧ. ФАПЧ будет фиксироваться только на желаемой частотной составляющей входа. ГУН воспроизводит входной сигнал на той же частоте, но без шума и помех. ФАПЧ не только очищает сигнал, но также может отслеживать его изменение частоты.

ФАПЧ широко используется для различных целей. Он используется для восстановления тактового сигнала в некоторых беспроводных приложениях.Он используется для восстановления исходного сигнала в радио с частотной модуляцией. Он используется для умножения частоты на фиксированный коэффициент. Его можно использовать для управления скоростью двигателя. Почти все электронные продукты содержат ФАПЧ.

Коэффициент усиления контура и его влияние на аналоговые системы управления

В этой статье собраны воедино идеи усиления разомкнутого контура, усиления замкнутого контура, усиления и запаса по фазе, стабильности минимального усиления и показано, как эти параметры взаимосвязаны в системе обратной связи. Он рассматривает усиление контура с точки зрения теоретической системы управления, а также практических электронных схем, включая линейные регуляторы.

В статье Боба Добкина 2014 «Новые линейные регуляторы решают старые проблемы», в которой описывается революционный линейный стабилизатор LT3081 с малым падением напряжения, предполагается, что его постоянный коэффициент усиления контура улучшает переходные характеристики и абсолютную точность выходного напряжения по сравнению с другими решениями LDO. Это утверждение, хотя и впечатляющее и правдивое, делает важное предположение о понимании инженерами петлевого усиления и о том, что существует четкая связь между постоянным контурным усилением и преимуществами LT3081.К сожалению, усиление контура не так широко признано, как усиление замкнутого или разомкнутого контура.

Без понимания коэффициента усиления контура и его влияния на электронную схему нельзя по-настоящему оценить преимущества LT3081. Эта статья предназначена для инженеров по источникам питания, исследуя влияние коэффициента усиления контура на коэффициент усиления и запас по фазе и связывая их с теоретической системой управления и реальными аналоговыми цепями обратной связи.

Классическим аналоговым строительным блоком является операционный усилитель, и его поведение можно применить к большинству систем управления с обратной связью.Фактически, производительность многих устройств можно упростить, смоделировав их как операционные усилители. Мы можем применить теорию операционных усилителей, скажем, к линейным регуляторам с малым падением напряжения (LDO) и импульсным стабилизаторам, чтобы предсказать стабильность части. На рисунке 1 показана упрощенная схема операционного усилителя.

Рисунок 1. Упрощенная схема операционного усилителя

Входное напряжение подается на усилитель ошибки, который вычитает долю (β) выходного напряжения из V _IN для получения сигнала ошибки. Таким образом, ошибка

Этот сигнал ошибки подвергается усилению без обратной связи усилителя (A0) для получения выходного напряжения:

Это преобразовано, чтобы найти коэффициент усиления усилителя с обратной связью:

В большинстве схем операционных усилителей коэффициент усиления без обратной связи очень высок, т.е.е. намного больше, чем «1» в знаменателе, что позволяет использовать приближение коэффициента усиления с обратной связью:

На рисунке 2 показана традиционная схема операционного усилителя, предсказуемая работа которой зависит от этого приближения усиления.

Рисунок 2. Схема традиционного ОУ

Для любого заданного напряжения на выходе, если коэффициент усиления разомкнутого контура бесконечен, разность напряжений между двумя входными контактами (V _DIFF) равна нулю, и операционный усилитель регулирует, чтобы поддерживать оба своих входных контакта при одинаковом напряжении.Здесь выход подается обратно на вход через резистивный делитель R1-R2, поэтому доля обратной связи (β) составляет 0,1 (1 кОм / 10 кОм). Из приведенных выше уравнений, если усиление разомкнутого контура высокое, усиление замкнутого контура схемы приближается к обратной величине доли обратной связи, поэтому схема имеет усиление замкнутого контура 10.

Эта упрощенная теория операционного усилителя полезна при моделировании множества схем, справедливо для низкочастотных входов, но эта простая модель теряет силу для высокочастотных входов.

Операционный усилитель LT1012 отличается классической зависимостью коэффициента усиления разомкнутого контура от частотной характеристики, показанной на рисунке 3.

Рисунок 3. Коэффициент усиления ОУ LT1012 в разомкнутом и замкнутом контурах в зависимости от частоты

На рисунке 3 вы можете видеть, что усиление разомкнутого контура велико до входной частоты 0,3 Гц, а затем уменьшается со скоростью 20 дБ за декаду. Хотя коэффициент усиления остается очень высоким в широком диапазоне входных частот, наступает момент, когда коэффициент усиления без обратной связи нельзя считать относительно бесконечным.То есть, когда коэффициент усиления разомкнутого контура приближается к усилению замкнутого контура, идеальная модель операционного усилителя, описанная выше, и соответствующие предположения, которые мы сделали о ее характеристиках, начинают терять доверие.

Рассмотрим влияние конечного коэффициента усиления разомкнутого контура на усиление замкнутого контура схемы на Рисунке 2. Доля обратной связи (β) составляет 1/10, поэтому в идеальной модели операционного усилителя усиление замкнутого контура обратно пропорционально этому , или 10. Если наш операционный усилитель имеет коэффициент усиления разомкнутого контура 100, вычисленное усиление замкнутого контура будет

Расчетное усиление замкнутого контура

Прирост по-прежнему составляет примерно 10, но с погрешностью 9%.

Теперь рассмотрите возможность использования того же усилителя, но с обратной связью с единичным усилением. Доля обратной связи (β) равна 1, поэтому идеальное усиление замкнутого контура операционного усилителя должно быть обратным этому, или 1. Если наш операционный усилитель имеет коэффициент усиления разомкнутого контура, равный 100, это приводит к усилению замкнутого контура

Хотя коэффициенты усиления разомкнутого контура у этих двух схем одинаковы, ошибка усиления снижается до 1% просто за счет уменьшения усиления замкнутого контура.

Приведенные выше уравнения показывают, что ошибка является функцией того, насколько велик βA ₀ по отношению к члену «1» в знаменателе.Обратите внимание, что одно только усиление разомкнутого контура не всегда определяет ошибку, но важно произведение коэффициента усиления разомкнутого контура (A ₀) и доли обратной связи (β). Для больших βA ₀ термин «1» теряет значение; для βA ₀, близкого к единице, «1» становится значимой, увеличивая ошибку.

Так что же такое βA ₀? На рисунке 3 разница между кривой замкнутого контура (приблизительно 1 / β) и кривой разомкнутого контура (A ₀) в логарифмической шкале составляет

Таким образом, зазор между кривой усиления без обратной связи и кривой усиления с обратной связью составляет βA ₀ (около 105 дБ при постоянном токе).Ссылаясь на рисунок 1, мы видим, что A ₀ • β – это усиление, проходящее через усилитель и контур обратной связи, поэтому βA ₀ – это усиление контура и представляет собой избыточное усиление, доступное в системе. Хотя часто считается, что коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя должен быть высоким, чтобы коэффициент усиления ОУ был точным, мы можем видеть, что это не обязательно усиление разомкнутого контура, а усиление контура, которое должно быть высоким. Другими словами, усиление разомкнутого контура должно быть высоким по сравнению с усилением замкнутого контура, чтобы получить точный коэффициент усиления схемы.

Итак, какое влияние оказывает конечное усиление разомкнутого контура на схему операционного усилителя? Базовая теория операционного усилителя утверждает, что два входных напряжения регулируются до одного и того же напряжения, что является подходящим предположением при очень высоких коэффициентах усиления разомкнутого контура, но что происходит, когда усиление разомкнутого контура уменьшается с увеличением частоты сигнала?

Рассмотрим схему на Рисунке 2: поскольку коэффициент усиления без обратной связи усилителя уменьшается с увеличением входной частоты, мы видим возрастающее напряжение переменного тока между двумя входными контактами, равное выходному напряжению, деленному на коэффициент усиления без обратной связи.Это не входное напряжение смещения, а небольшое переменное напряжение (V _DIFF), которое равно выходному напряжению, деленному на коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя. Если коэффициент усиления разомкнутого контура равен одному миллиону и у нас на выходе 1 В, то V _DIFF составляет 1 мкВ на двух входных контактах. По мере увеличения входной частоты и уменьшения коэффициента усиления разомкнутого контура V _DIFF увеличивается. В крайнем случае, когда коэффициент усиления разомкнутого контура упал до 10, наш V _DIFF становится значительным 100 мВ.

Это то место, где многие неправильно понимают работу операционного усилителя на более высоких частотах переменного тока, когда два входных контакта больше не регулируются на одно и то же напряжение. Напряжение между двумя входными контактами состоит из входного напряжения смещения постоянного тока (которое для простоты мы здесь игнорируем) и V _DIFF. V _DIFF обычно можно игнорировать, но не на высоких частотах.

Мы знаем, что коэффициент усиления разомкнутого контура представлен как

, и мы знаем, что β представлен

, где V ^– – напряжение на инвертирующем входе, поэтому коэффициент усиления контура определяется как

Коэффициент усиления контура сравнивает V ^– (который должен быть равен входному сигналу) с V _DIFF.

Также существует фазовый сдвиг, связанный с V _DIFF. Кривая усиления без обратной связи на рисунке 3 идентична характеристикам фильтра нижних частот. Частота прерывания составляет 0,3 Гц, после чего усиление снижается до 20 дБ за декаду, а затем – 1 МГц, после чего усиление снижается до 40 дБ за декаду. На рисунке 4 показан фильтр нижних частот с такими же частотами срыва.

Рисунок 4. Фильтр нижних частот с частотной характеристикой, которая соответствует кривой усиления разомкнутого контура на рисунке 2

Передаточная функция фильтра нижних частот одинарного порядка (состоящего из R1 и C1) равна

Как показывает опыт, для фильтра нижних частот одинарного порядка на одной десятой частоты излома фазовый сдвиг примерно равен нулю.На каждой частоте обрыва фаза сдвигается на –45 ° (фазовое отставание), а при десятикратной частоте обрыва фазовый сдвиг составляет примерно –90 °, оставаясь на более высоком уровне. Если вторая частота прерывания составляет 1 МГц, то при 100 кГц общий фазовый сдвиг фильтра составляет примерно –90 °, на 1 МГц общий фазовый сдвиг составляет –135 °, а на 10 МГц общий фазовый сдвиг составляет примерно –180 °.

Поскольку коэффициент усиления без обратной связи усилителя ведет себя одинаково, хотя входное и выходное напряжения на Рисунке 2 синфазны, существует фазовый сдвиг между V _DIFF и V _OUT, связанный с фазовым сдвигом коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя.Опять же, поскольку V _DIFF обычно невелик, мы можем игнорировать его, но по мере увеличения входной частоты увеличение V _DIFF, не совпадающее по фазе с входным напряжением, может привести к проблемам со стабильностью. Кривая усиления разомкнутого контура на Рисунке 3 не представляет проблем со стабильностью, но легко представить, что если бы частота второго разрыва была на гораздо более низкой частоте, чем 1 МГц, наша схема теперь имела бы увеличивающийся V _DIFF, который имеет потенциал быть на 180 ° не в фазе с входным напряжением, что, безусловно, повлияет на стабильность.

LTspice – полезный инструмент для анализа эффектов фазового сдвига на различных частотах. На рисунке 5a показано отставание выходного напряжения V _DIFF на 90 ° на частоте 1 кГц.

Рисунок 5а. V _OUT Отставание по фазе V _DIFF на 90 ° при 1 кГц

Если входная частота увеличивается с 1 кГц до 10 кГц, V _DIFF увеличивается в 10 раз, но фазовая задержка остается 90 °, что указывает на то, что мы еще далеко не приблизились ко второй частоте прерывания коэффициента усиления разомкнутого контура.Это показано на рисунке 5b. Когда входная частота приближается к 1 МГц, фазовая задержка начинает увеличиваться выше 90 °, и V _DIFF соответственно увеличивается.

Рисунок 5б. V _OUT Отставание V _DIFF по фазе на 90 ° при 10 кГц

Таким образом, можно видеть, что V _DIFF может иметь значение, сравнимое с входным напряжением и сдвинутое на 180 ° по фазе с входным напряжением – для колебания цепи коэффициент усиления вокруг контура должен быть равен единице фазовый сдвиг вокруг контура должен составлять 180 °.Если V _DIFF подвергается усилению разомкнутого контура усилителя (A ₀), затем ослаблению цепи обратной связи (β), мы можем видеть, что это усиление контура (βA ₀) и его фазы, которые определяют устойчивость системы.

Рассматривая схему на рисунке 2, операционный усилитель усиливает напряжение между своими входами (V _DIFF), и это подвергается усилению βA ₀, создавая напряжение на уровне V ^–. Если коэффициент усиления контура равен 1, это означает, что напряжение на V ^– такое же, как V _DIFF, таким образом, амплитуда V _DIFF не изменилась при прохождении через контур.Если он претерпел сдвиг фазы на 180 ° и V _DIFF не изменился по амплитуде, цепь будет колебаться. Пуристы могут возразить, что фазовый сдвиг должен составлять 360 °, и эти дополнительные 180 ° обеспечиваются инвертирующим входным контактом.

Кстати, если схема на Рисунке 2 имеет высокий коэффициент усиления, это означает, что резисторы обратной связи значительно ослабляют выходное напряжение. Большая часть фазового сдвига происходит в усилителе (поскольку резисторы обратной связи не имеют реактивных компонентов и, следовательно, не имеют фазового сдвига), поэтому чем ниже коэффициент усиления, тем большее «сдвинутое по фазе» выходное напряжение появляется на инвертирующем входе, что увеличивает вероятность нестабильности.Вот почему некоторые усилители имеют минимальную стабильность усиления. Если вы уменьшите коэффициент усиления ниже определенной точки, на инвертирующем выводе появится больше сдвинутого по фазе выходного напряжения, поэтому схема будет более подвержена колебаниям.

Стоит рассмотреть работу схемы на Рисунке 2 для различных коэффициентов усиления контура и фазовых сдвигов.

На низких частотах, когда усилитель имеет большое усиление контура, V _DIFF невелик и имеет фазовый сдвиг –90 ° по сравнению с напряжением на инвертирующем входе (V ^–).В этой ситуации напряжение на инвертирующем входе ограничивается V _DIFF, поэтому V _DIFF можно игнорировать. Однако, если фазовый сдвиг V _DIFF составляет –180 ° по отношению к V ^–, и есть усиление в контуре, мы можем видеть, что любое напряжение на V _DIFF усиливается при перемещении по контуру. и инвертированный, затем усиленный и инвертированный, поэтому цепь колеблется. Для поддержания колебаний в схеме должно быть только единичное усиление контура. Насколько близко V _DIFF приближается к –180 °, когда схема имеет единичный коэффициент усиления контура, является мерой запаса по фазе схемы и говорит нам, насколько близка к точке нестабильности фаза схемы.Схема с фазовым сдвигом –120 ° имеет запас по фазе 60 °.

Аналогичным образом, если V _DIFF имеет фазовый сдвиг -180 ° по отношению к V ^–, но испытывает затухание при прохождении через контур, напряжение, возвращающееся к V ^–, будет меньше, поэтому любые потенциальные колебания останавливаются из-за отсутствия усиления контура. Какое затухание V _DIFF испытывает при прохождении через контур (когда фазовый сдвиг составляет –180 °), является мерой запаса по усилению схемы и говорит нам, насколько ниже единицы коэффициент усиления контура схемы, когда фаза сдвиг –180 °.Схема с затуханием в контуре 10 дБ, когда V _DIFF составляет –180 °, имеет запас усиления 10 дБ.

Все вышеперечисленное может быть связано с теорией управления и блок-схемой на рисунке 1. Мы знаем, что коэффициент усиления замкнутого контура системы обратной связи равен

, где βA ₀ – контурное усиление системы. Если βA ₀ имеет фазовый сдвиг –180 ° и единичное усиление, знаменатель становится равным нулю на одной конкретной частоте, и схема колеблется на этой частоте.Если βA ₀ большое, но не имеет фазового сдвига -180 °, знаменатель не равен нулю и цепь не колеблется – у нас есть достаточный запас по фазе. Точно так же, если βA ₀ меньше единицы, но имеет фазовый сдвиг -180 °, схема не колеблется – у нас есть достаточный запас по усилению.

Итак, теперь мы можем видеть, что мы связали усиление разомкнутого контура, усиление замкнутого контура, усиление контура, запас усиления и запас по фазе, а также объяснили это в области теории управления и теории цепей.

Так как это относится к цепям питания? Большинство систем питания можно смоделировать как схему операционного усилителя. На рисунке 6 показан линейный регулятор LT1086. Мы можем видеть, что в схеме есть два резистора обратной связи, которые обеспечивают часть выходного напряжения на выводе ADJ (который является инвертирующим входом внутреннего операционного усилителя). Неинвертирующий терминал привязан к внутреннему опорному напряжению.

Рисунок 6. Традиционный линейный регулятор (LT1086)

Как обсуждалось выше, точность усиления усилителя определяется контурным усилением усилителя: чем больше контурное усиление в усилителе, тем выше точность усиления.

Увеличение выходного напряжения LT1086 идентично увеличению коэффициента усиления с обратной связью операционного усилителя. На рисунке 7 показан эффект увеличения коэффициента усиления с обратной связью с 20 дБ до 80 дБ. Если усиление контура представлено разностью между кривой усиления разомкнутого контура и кривой усиления замкнутого контура, увеличение выходного напряжения LT1086 уменьшает усиление контура, снижая абсолютную точность выходного напряжения. Еще одним недостатком увеличения выходного напряжения является уменьшение частотной характеристики схемы (в данном случае от 100 кГц до 100 Гц), поэтому страдает переходная характеристика нагрузки.

Рисунок 7. Зависимость усиления напряжения от частоты

Семейство линейных регуляторов LT308x заменяет традиционную архитектуру LDO на ту, что показана на рисунке 8.

Рис. 8. Линейный регулятор LT3080 использует нетрадиционную архитектуру для повышения точности и переходных характеристик

LT3080 использует внутренний источник тока для создания напряжения на внешнем резисторе R _SET. Затем это напряжение подается на буфер с единичным усилением для получения выходного напряжения.Это имеет ряд последствий.

Внутренний операционный усилитель работает с постоянным единичным коэффициентом усиления с обратной связью, с выходным напряжением, установленным значением резистора R _SET на «входе» операционного усилителя.

Сравните LT3080, показанный на рисунке 7, с традиционной схемой операционного усилителя, показанной на рисунке 6. Выходное напряжение LT1086 на рисунке 6 изменяется путем изменения резисторов обратной связи (и, следовательно, коэффициента усиления с обратной связью) LT1086. Сравните это с LT3080, работающим с постоянным усилением замкнутого контура, где «входное» напряжение усилителя изменяется, задаваемое напряжением на R _SET.Если коэффициент усиления замкнутого контура остается неизменным, коэффициент усиления контура остается неизменным, поэтому схема обеспечивает хорошую абсолютную точность даже при высоких выходных напряжениях. Кстати, именно поэтому компоненты компенсации контура в преобразователе постоянного / постоянного тока всегда имеют последовательную емкость. Выход усилителя ошибки является источником тока, а последовательная емкость на постоянном токе имеет высокий импеданс, что обеспечивает высокий коэффициент усиления на постоянном токе в компенсационном контуре.

Еще одним следствием сохранения неизменного коэффициента усиления контура является то, что частотная характеристика остается неизменной и не приносится в жертву при высоких выходных напряжениях, поэтому компонент может быстро реагировать на переходные процессы нагрузки.

Еще одно преимущество, представляющее особый интерес в свете постоянно уменьшающегося напряжения питания, заключается в том, что части LT308x могут выдавать выходное напряжение до 0 В. Традиционные LDO-стабилизаторы не могут устанавливать выходное напряжение ниже внутреннего опорного напряжения, тогда как путем замыкания RSET на части LT308x выходное напряжение может быть установлено на уровне 0 В.

Семейство LDO LT308x, благодаря их постоянному высокому коэффициенту усиления контура, отличается более высокой точностью выходного напряжения и переходной характеристикой, чем традиционные LDO.Их также можно использовать способами, недоступными для традиционных LDO, например, для установки выхода на 0 В или их параллельного подключения для работы с более высоким током.

Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в программно-определяемом радио (SDR)

IBM Watson и Google DeepMind – самые сложные компьютеры, которые, по мнению некоторых, будут пытаться управлять миром в далеком будущем. С другой стороны, ФАПЧ – это простейший компьютер, который на самом деле управляет большей частью мира как фундаментальный компонент интеллектуальных электронных схем.ФАПЧ была изобретена французским инженером Анри де Беллескизом в 1932 году, когда он опубликовал свою первую реализацию во французском журнале L’Onde Electrique .

Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) – это устройство, используемое для синхронизации периодического сигнала с опорным периодическим сигналом. По сути, это система автоматического управления, примером которой является круиз-контроль в автомобиле, который поддерживает постоянную скорость около заданного порога. Хотя ФАПЧ может использоваться для множества приложений, для наших целей достаточно рассматривать ее как устройство, отслеживающее фазу и частоту входящей синусоиды.

В системе ФАПЧ механизм управления регулирует входной сигнал генератора в соответствии с полученной фазовой ошибкой, так что возможная фазовая ошибка сходится к нулю. Мы говорим, что фаза выходного сигнала привязана к фазе входного опорного сигнала, и поэтому это называется контуром фазовой автоподстройки частоты. В этом тексте мы сосредоточимся на ФАПЧ с дискретным временем.

Проектирование и анализ ФАПЧ

С функциональной точки зрения ФАПЧ является наиболее важным блоком в цифровой системе связи и, следовательно, требует тщательного математического понимания и проектирования.Обычно это делается посредством применения преобразования Лапласа в случае непрерывного времени и z-преобразования в дискретном времени. Однако для простоты в наших статьях мы рассматриваем только одно преобразование, а именно дискретное преобразование Фурье (ДПФ).

Поэтому, что касается проектирования и анализа системы ФАПЧ, мы возьмем некоторые ключевые результаты из литературы, не выводя их. Это связано с нашим ограничением не покрывать преобразования Лапласа и z-преобразования. Следует также помнить, что проектирование и анализ ФАПЧ действительно становятся математически невыполнимыми, если не считать первоначального предположения о линейности, и в любом случае для его реализации в конкретном приложении требуется обширное компьютерное моделирование.

Давайте начнем с блок-схемы базовой схемы ФАПЧ, показанной на рисунке ниже.

Предположим, что синусоидальный вход в дискретном времени в систему ФАПЧ задан как
\ begin {уравнение *}
\ text {input} = A \ cos \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ theta [n] \ right)
\ end {формула *}
ФАПЧ спроектирована таким образом, что на выходе получается
\ begin {формула *}
\ text {output} = \ cos \ left (2 \ pi \ frac { k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right)
\ end {формула *}
где $ \ hat {\ theta} [n] $ должно быть как можно ближе к $ \ theta [n] $, как возможно после приобретения.Эта разность фаз $ \ theta [n] – \ hat \ theta [n] $ называется фазовой ошибкой и обозначается $ \ theta_e [n] $.
\ begin {уравнение *}
\ theta_e [n] = \ theta [n] – \ hat \ theta [n]
\ end {уравнение *}
Фазовая ошибка $ \ theta_e [n] $, вычисленная во время $ n $ изображен на рисунке ниже для сигнала с непрерывным временем.

Каждый блок ФАПЧ выполняет следующие роли.

[Детектор фазовой ошибки] Детектор фазовой ошибки определяет разность фаз между опорной входной формой волны и локально сгенерированной формой волны и генерирует соответствующий сигнал, обозначенный как $ e_D [n] $.
[Контурный фильтр] Контурный фильтр устанавливает динамические пределы производительности ФАПЧ. Кроме того, он помогает отфильтровывать шум и нерелевантные частотные составляющие, генерируемые детектором фазовой ошибки. Его выходной сигнал обозначается как $ e_F [n] $.
[Генератор с числовым программным управлением (NCO)] NCO генерирует локальный дискретный сигнал с дискретным временем и фазой, максимально близкой к фазе опорного сигнала. Величина регулировки фазы во время каждого шага определяется выходным сигналом контурного фильтра.

В качестве первого шага к нашему пониманию предположим, что $ \ theta [n] $ равно нулю, и поэтому частота входного сигнала равна $ 2 \ pi k / N $. Следовательно,

NCO также работает на той же частоте и фазовая ошибка $ \ theta_e $ равна нулю,
, то выход $ e_D [n] $ детектора фазовой ошибки в идеале должен быть равен нулю,
, что приводит к нулю выходного сигнала контурного фильтра $ e_F [n] $.

Однако, если $ \ theta_e $ не было нулевым в начале,

детектор фазовой ошибки будет выдавать ненулевой выходной сигнал $ e_D [n] $, который будет повышаться или понижаться в зависимости от $ \ theta_e $,
, контурный фильтр впоследствии будет генерировать конечный сигнал $ e_F [n] $, а
, это заставит NCO изменить свою фазу таким образом, чтобы снова повернуть $ \ theta_e $ к нулю.

Давайте выясним, как этот механизм управления благоприятно адаптируется в направлении, противоположном входным фазовым изменениям.

Детектор фазовой ошибки

Детектор фазовой ошибки – это устройство, которое выводит некоторую функцию $ f \ {\ cdot \} $ разности между фазой $ \ theta [n] $ входа PLL и фазой $ \ hat \ theta [n] $ выхода PLL. Таким образом, выходной сигнал детектора фазовой ошибки записывается как
\ begin {уравнение} \ label {eqPLLPhaseDetectorOutput}
e_D [n] = f \ left \ {\ theta [n] – \ hat \ theta [n] \ right \} = f \ left \ {\ theta_e [n] \ right \}
\ end {equal}
Функция $ f \ {\ cdot \} $ в общем случае нелинейна из-за того, что фаза $ \ theta [n] $ встроен во входящую синусоиду и не доступен напрямую.

Эквивалентное представление такой схемы ФАПЧ можно получить, учитывая фазы всех синусоид и отслеживая операции на этих фазах через контур. Это показано на рисунке ниже.

Как упоминалось ранее, ФАПЧ является нелинейным устройством из-за того, что детектор фазовой ошибки не имеет прямого доступа к синусоидальным фазам. Хотя на самом деле выход, как правило, является нелинейной функцией $ f (\ cdot) $ разности фаз между входными и выходными синусоидами, подавляющее большинство ФАПЧ в синхронизированном состоянии можно аппроксимировать как линейные по следующей причине .

В состоянии равновесия контур должен постоянно настраивать управляющий сигнал $ e_F [n] $ так, чтобы выходной сигнал $ \ hat \ theta [n] $ NCO был почти равен фазе входа $ \ theta [n] $. Таким образом, во время правильной работы фазовая ошибка $ \ theta_e [n] $ должна упасть до нуля.
\ begin {уравнение *}
\ theta_e [n] = \ theta [n] – \ hat \ theta [n] \ rightarrow 0
\ end {уравнение *}
Чтобы это произошло, какой должна быть форма кривая на выходе детектора фазовой ошибки $ e_D [n] = f (\ theta_e [n]) $?

Чтобы найти ответ, сначала предположим, что значение $ \ theta_e [n] $ положительное, и посмотрим, что может привести его к нулю.
\ begin {align *}
\ theta_e [n]> 0 & \ подразумевает \ theta [n] – \ hat \ theta [n]> 0 \\
& \ подразумевает \ theta [n]> \ hat \ theta [ n] \\
& \ поэтому ~~~~ \ hat \ theta [n] ~ \ text {должен увеличиться} \\
& \ подразумевает e_F [n] ~> 0 \\
& \ подразумевает e_D [n] ~ > 0 \\
& \ подразумевает f (e [n])> 0
\ end {align *}

Аналогично, когда $ \ theta_e [n] фазовая ошибка $ \ theta_e $ и детектор средней фазовой ошибки выводят $ \ text {Mean} \ {e_D [n] \} $ $ \ Equiv $ $ \ overline {e_D} $.Этот вид отношений называется S-образной кривой из-за того, что по форме напоминает английскую букву «S». В статьях о синхронизации мы узнаем больше об этой форме и имени.

В условиях устойчивого состояния $ \ theta_e [n] $ парит вокруг начала координат и, следовательно, $ e_D [n] = f (e [n]) $ также остается в пределах области, обозначенной красным эллипсом на рисунке выше. Также нарисована расширенная типичная S-образная кривая, на которой можно заметить, что ФАПЧ может откатить даже большую ошибку $ \ theta_e [n] $.$ E_D [n] $ увеличивается с увеличением $ \ theta_e [n] $, поэтому $ \ hat \ theta [n] $ увеличивается и впоследствии тянет $ \ theta_e [n] = \ theta [n] – \ hat \ theta [n] $ обратно к нулю. Однако управляющая сила зависит от величины $ e_D [n] $, которая отличается за пределами линейной области. Можно сделать вывод, что в линейной области работы (прямолинейная зависимость)

положительный наклон вокруг нуля дает стабильную точку фиксации, а
: отрицательный наклон около нуля не создает стабильной точки захвата.

В пределах небольшого линейного рабочего диапазона ФАПЧ может быть проанализирована с использованием методов линейной системы. Примерно в этой области для малых $ \ theta_e $ нелинейная операция $ f (\ cdot) $ может быть аппроксимирована как
\ begin {уравнение *}
f \ left \ {\ theta_e \ right \} \ приблизительно K_D \ cdot \ theta_e
\ end {формула *}
где $ K_D $ – наклон линии, известный как коэффициент усиления детектора фазовой ошибки.

Контур фазового эквивалента для этой линейной модели показан на рисунке ниже, где детектор фазовой ошибки теперь состоит только из сумматора и умножителя: разница между входной фазой и выходной фазой просто масштабируется коэффициентом усиления $ K_D $.

Как мы увидим в следующих главах, детектор фазовой ошибки является наиболее универсальным блоком в системе ФАПЧ, что приводит к чрезвычайно широкому диапазону конструкций ФАПЧ. С другой стороны, в зависимости от конкретного приложения существуют установленные правила для выбора петлевого фильтра и NCO, которые до некоторой степени упрощают процесс. В этом тексте нашей основной целью использования ФАПЧ является создание модулей фазовой и временной синхронизации вместо глубокого исследования теории ФАПЧ. Поэтому мы разработаем несколько различных типов детекторов фазовой ошибки, используя один и тот же контурный фильтр и NCO для каждой системы ФАПЧ.

Пропорциональный + интегрирующий контурный фильтр

Петлевой фильтр в системе ФАПЧ выполняет две основные задачи.

Основная задача контурного фильтра – доставить подходящий управляющий сигнал в NCO и установить динамические характеристики контура. Для большинства приложений ФАПЧ требуется контурный фильтр, способный не только управлять фазовым сдвигом между входными и выходными синусоидами до нуля, но также отслеживать сдвиги частоты в разумных пределах. Для больших сдвигов несущей частоты необходим контур частотной автоподстройки частоты (FLL).
Второстепенная задача – подавить шум и высокочастотные составляющие сигнала.

Для этой цели в конструкции ФАПЧ чаще всего используется контурный фильтр пропорционального интеграла и пропорционального интегратора (PI). Как следует из названия, фильтр PI имеет пропорциональный компонент и компонент интегратора:

[Пропорционально] Член пропорциональности представляет собой простой выигрыш в размере $ K_P $. На выходе фильтра он вносит сигнал, который пропорционален входному сигналу фильтра как
\ begin {формула *}
e_ {F, 1} [n] = K_P \ cdot e_D [n]
\ end {формула *}
[Интегратор] Член интегратора – это идеальный интегратор с коэффициентом усиления $ K_i $.На выходе фильтра он дает сигнал, пропорциональный интегралу входного сигнала. Или в дискретном времени
\ begin {уравнение *}
e_ {F, 2} [n] = e_ {F, 2} [n-1] + K_i \ cdot e_D [n]
\ end {уравнение *}
Можно сделать вывод, что он выполняет интегрирование прямой разности для накопления своего ввода. Компонент накопления необходим для приведения установившейся ошибки на выходе ФАПЧ к нулю при наличии сдвига частоты.

Объединение компонентов пропорциональности и интегратора приводит к выходу контурного фильтра $ e_F [n] $.
\ begin {формула *}
e_F [n] = e_ {F, 1} [n] + e_ {F, 2} [n]
\ end {формула *}
Когда фильтр PI включен в линейную систему ФАПЧ Модель, мы получаем блок-схему ФАПЧ с дискретным временем, изображенную на рисунке ниже. Обозначение $ D_1 $ представляет задержку в одно время выборки.

Для полноты картины важно знать, что

ФАПЧ без петлевого фильтра (известная как ФАПЧ первого порядка) также используется в некоторых приложениях, где шум не является основной проблемой [1], и
, контурный фильтр более высокого порядка может подавлять паразитные выбросы, но увеличение порядка также увеличивает фазовый сдвиг таких фильтров, что делает их нестабильными.

Генератор с числовым программным управлением (NCO)

Сигнал $ e_F [n] $ формирует вход в качестве управляющего сигнала для установки фазы генератора. Название управляемого генератора связано с тем, что его фаза зависит от амплитуды входного управляющего сигнала. Некоторыми примерами управляемых генераторов являются генератор с управляемым напряжением (VCO) и генератор с числовым управлением (NCO).

Частота колебаний генератора, управляемого напряжением (ГУН), регулируется его входным напряжением и, следовательно, является неотъемлемой частью аналоговой системы ФАПЧ.Поскольку все больше и больше функциональных возможностей трансивера смещается в цифровую область, аналоговые системы ФАПЧ редко используются для синхронизации формы сигнала.

Генератор с числовым управлением (NCO) создает как дискретное, так и дискретное (то есть цифровое) представление формы сигнала, фаза которого управляется цифровым представлением числа на его входе. В устройствах беспроводной связи NCO играет центральную роль в создании цифровой версии PLL для целей синхронизации.{n-2} e_F [i] + K_0 \ cdot e_F [n-1] \ nonumber \\
& = \ hat \ theta [n-1] + K_0 \ cdot e_F [n-1] ~~~ \ text {mod} ~ 2 \ pi \ label {eqPLLControlledOscillator}
\ end {align}
Можно сделать вывод, что NCO выполняет обратное интегрирование разностей для накопления своего ввода. В отличие от аналогового ГУН, коэффициент усиления $ K_0 $ фазового аккумулятора можно легко установить на фиксированное значение, например $ 1 $.

[Look-Up Table (LUT)] Во встроенных беспроводных устройствах фазовое обновление $ \ hat \ theta [n] $ от интегратора служит индексом в Look-Up Table (LUT), в котором хранятся числовые значения желаемая форма дискретизированного сигнала (например, синус и косинус).Таким образом, результат можно вычислить как
\ begin {уравнение *}
\ begin {выровнено}
s_I [n] \: & = \ cos \ left (\ hat \ theta [n] \ right) \\
s_Q [n ] & = \ sin \ left (\ hat \ theta [n] \ right)
\ end {выровнено}
\ end {уравнение *}

Естественно, размер справочной таблицы определяет требования к памяти, а также объем квантования на $ \ hat \ theta [n] $, что приводит к компромиссу между потреблением памяти и ошибкой аппроксимации сигнала. В большинстве приложений требуется более точная оценка, чтобы уменьшить этот шум фазовой ошибки, который может быть сгенерирован посредством интерполяции между сохраненными отсчетами, поэтому изменение размера LUT не требуется.

Теперь, когда доступна внутренняя работа NCO, полная блок-схема модели фазового эквивалента ФАПЧ изображена на рисунке ниже. Обозначение $ D_1 $ представляет задержку в одно время выборки.

Как указывалось ранее, проще установить тип контурного фильтра и NCO в соответствии с желаемыми характеристиками системы ФАПЧ, а затем выполнить поиск подходящего детектора фазовой ошибки. В целях синхронизации фазы несущей мы продолжим использовать контурный фильтр PI и NCO для всех различных детекторов фазовой ошибки.Для символьной временной синхронизации контурный фильтр останется прежним, в то время как интерполятор дискретного времени будет использоваться вместо NCO из-за характера основной проблемы.

Проектирование ФАПЧ

Для настройки синхронизации в этом тексте характеристика ФАПЧ определяется двумя параметрами: коэффициентом демпфирования $ \ zeta $ и собственной частотой $ \ omega_n $, которые взяты из стандартной терминологии системы управления для системы второго порядка. Описание $ \ zeta $ и $ \ omega_n $ выглядит следующим образом.

[Коэффициент демпфирования $ \ zeta $:] Представьте, что мяч падает на землю. После удара о землю мяч отскакивает на расстояние и повторяет затухающие колебания, прежде чем окончательно прийти в равновесие. Точно так же процесс сбора фазы ФАПЧ вначале демонстрирует колебательное поведение, которым можно управлять с помощью коэффициента затухания.

Для данного входного сигнала ФАПЧ ведет себя по-разному для разных значений $ \ zeta $. Это проиллюстрировано на рисунке ниже для входного шага единичной фазы (когда вход представляет собой единичный импульс, выход представляет собой импульсную характеристику, а когда вход представляет собой единичный шаг, выход известен как ступенчатая характеристика).

При недостаточном демпфировании $ \ zeta.
Когда $ \ zeta> 1 $, отклик контура представляет собой сумму убывающих экспонент, колебательное поведение исчезает с увеличением $ \ zeta $, и система становится чрезмерно демпфированной.
Наконец, когда $ \ zeta = 1 $, отклик находится где-то между затухающими колебаниями и затухающими экспонентами, а система ФАПЧ называется критически затухающей.

[Собственная частота $ \ omega_n $:] Вскоре мы увидим, что ФАПЧ в режиме отслеживания действует как фильтр нижних частот.В этой роли собственная частота $ \ omega_n $ может рассматриваться как грубая мера ширины полосы контура.

PLL как фильтр нижних частот

Целью использования ФАПЧ в приемнике связи является отслеживание формы входящего сигнала по фазе и частоте. Этот входной сигнал искажен аддитивным шумом. В такой установке приемник, синхронизированный по фазе, должен адекватно воспроизводить этот исходный сигнал, удаляя как можно больше шума. Для этой цели Rx использует VCO или NCO с частотой, близкой к ожидаемой в сигнале.Через контурный фильтр система ФАПЧ усредняет выходной сигнал детектора фазовой ошибки за определенный период времени и продолжает настраивать свой генератор на основе этого среднего значения.

Если входной сигнал имеет стабильную частоту, это долгосрочное среднее обеспечивает очень точное отслеживание фазы, тем самым устраняя значительный шум. В таком сценарии вход в систему ФАПЧ представляет собой зашумленный сигнал, а выход представляет собой чистую версию входа. Можно сказать, что при работе в качестве линейной системы слежения ФАПЧ представляет собой фильтр, пропускающий сигнал и подавляющий шум.

Полоса пропускания ФАПЧ

Установив операцию фильтрации ФАПЧ, нам нужно выяснить, что это за фильтр. Для этого следует учитывать тот факт, что в пределах линейной области работы выходная фаза системы ФАПЧ точно соответствует фазе входа при малых и медленных отклонениях фазы. С другой стороны, он теряет синхронизацию при больших и быстрых изменениях входного сигнала, что требует частотной характеристики фильтра нижних частот.

На приведенном выше рисунке показана частотная характеристика ФАПЧ с контурным фильтром PI: это действительно фильтр нижних частот.Прежде чем мы подумаем о том, что у него резкая переходная полоса, помните, что ось частот также проведена в логарифмическом масштабе. Более того, частотная шкала нормирована на собственную частоту $ \ omega_n $, что делает кривую пригодной для всех таких ФАПЧ.

Рисунок также показывает, что спектр этой системы ФАПЧ как фильтра нижних частот примерно плоский между нулем и $ \ omega_n $. Это означает, что ФАПЧ должна иметь возможность отслеживать изменения фазы и частоты опорного сигнала, пока эти изменения остаются примерно ниже $ \ omega_n $.

Точно так же полоса пропускания этой системы нижних частот зависит от $ \ omega_n $. Однако необходимо более точное определение полосы пропускания, поскольку частотная характеристика контура сильно зависит от $ \ zeta $ для того же $ \ omega_n $. Поэтому используется мера полосы пропускания, известная как эквивалентная ширина полосы шума $ B_n $ (см. [1]), которая связана с собственной частотой $ \ omega_n $ и коэффициентом демпфирования $ \ zeta $ как
\ begin {уравнение} \ label {eqPLLBandwidth}
B_n = \ frac {\ omega_n} {2} \ left (\ zeta + \ frac {1} {4 \ zeta} \ right)
\ end {уравнение}
для фильтра контура PI.

Вычисление констант цикла

Проектирование ФАПЧ в программно определяемой радиостанции начинается с определения ширины полосы шума $ B_n $ и коэффициента демпфирования $ \ zeta $.

[Ширина полосы шума контура $ B_n $:] Как мы увидим в примере ниже, существует компромисс между выбором

– небольшая ширина полосы шума, которая отфильтровывает большую часть шума (и за счет расширения частот, попадающих в полосу задерживания), а
– широкая полоса пропускания шума, позволяющая отслеживать быстрые изменения фазы, т.е.е., более высокие частоты (и, как следствие, пропускание большего количества шума через петлю).

Обе вышеуказанные цели не могут быть достигнуты одновременно. Однако подход, основанный на программном радио, позволяет немного расслабиться, как описано далее в этой статье. Для большинства случаев коммуникационных приемников значение $ B_n $ между $ 1 \% $ и $ 5 \% $ частоты дискретизации достаточно для подавления шума и отслеживания входной фазы.

[Демпфирующий фактор $ \ zeta $:] С другой стороны, большая величина $ \ zeta $ не приводит к выбросам, но приводит к большому времени сходимости, в то время как маленькая $ \ zeta $ демонстрирует относительно быструю сходимость, но затухающие колебания.Хороший баланс между ними достигается с помощью часто используемого значения $ 1 / \ sqrt {2} = 0.707 $. Типичные значения $ \ zeta $ в практических приложениях составляют от 0,5 до 2 долларов.

Далее, после выбора фильтра контура PI, необходимо определить четыре константы: $ K_0 $, $ K_D $, $ K_P $ и $ K_i $.

[$ K_0 $:] В системе с дискретным временем усиление $ K_0 $ NCO может быть легко зафиксировано на подходящем значении, скажем $ 1 $.

[$ K_D $:] Коэффициент усиления детектора фазовой ошибки $ K_D $ вычисляется в соответствии со структурой и результирующим выражением детектора фазовой ошибки, некоторые примеры которого мы увидим в следующих ниже примерах.Из-за этой зависимости от природы детектора фазовой ошибки $ K_D $ можно рассматривать как фиксированный заданный параметр, вокруг которого строится остальная часть цикла. 2
\ end {align}
\ end {уравнение } \ label {eqPLLLoopConstantsRM} $$

Это уравнения, которые мы будем использовать для вычисления значений констант контуров в конкретных приложениях ФАПЧ.

Таким образом, программная ФАПЧ, код которой работает в беспроводном устройстве, может быть спроектирована с помощью процедуры, описанной на рисунке ниже.

Далее мы рассмотрим несколько примеров, чтобы продемонстрировать возможность отслеживания фазы ФАПЧ и то, как различные параметры влияют на ее характеристики.

Пример 1

Предположим, что ФАПЧ должна быть спроектирована так, чтобы она синхронизировалась с реальной синусоидой с дискретной частотой $ k / N = 1/15 $ циклов / выборка. Таким образом, входящую синусоиду можно записать как
\ begin {уравнение *}
r [n] = A \ cos \ left (2 \ pi \ frac {1} {15} n + \ theta [n] \ right) \ \
\ end {формула *}
где $ \ theta [n] $ может быть медленно меняющейся фазой.Здесь мы устанавливаем постоянный фазовый угол $ \ theta [n] = \ pi $, который необходимо отслеживать. Такая большая разность фаз позволит нам четко наблюдать процесс сходимости системы ФАПЧ.

Блок-схема такой системы представлена на рисунке ниже. NCO имеет один комплексный выход или два реальных выхода с синфазной и квадратурной составляющими.
\ begin {уравнение *}
\ begin {выровнено}
s_I [n] \: & = \ cos \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right) \\
s_Q [n] & = – \ sin \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right)
\ end {align}
\ end {уравнение * }

Детектор ошибки фазы

Детектор фазовой ошибки – это простой умножитель, который формирует произведение между входной синусоидой и квадратурной составляющей выхода NCO.
\ begin {align *}
e_D [n] & = – \ sin \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right) \ cdot A \ cos \ left (2 \ pi \ frac kN n + \ theta [n] \ right) \\
& = \ frac A2 \ sin \ Big (\ theta [n] – \ hat \ theta [n] \ Big) – \ frac A2 \ sin \ left (2 \ pi \ frac {2 \ cdot k} {N} n + \ theta [n] + \ hat \ theta [n] \ right) \\
& = \ frac A2 \ sin \ Big ( \ theta_e [n] \ Big) + \ text {двухчастотный термин}
\ end {align *}
, где тождество $ \ cos (A) \ sin (B) $ $ = \ frac {1} {2} $ $ \ left \ {\ sin (A + B) \ right. \} $ $ – $ $ \ left.\ sin (A-B) \ right \} $ был использован. Второй член, содержащий $ 2 \ pi (2 \ cdot k / N) $, – это член с двойной частотой, который отфильтровывается контурным фильтром. Следовательно, цикл отслеживает только первый член, заданный как
\ begin {уравнение *}
e_D [n] \ приблизительно \ frac A2 \ sin \ Big (\ theta_e [n] \ Big)
\ end {уравнение *}

S-кривая – это синус $ \ theta_e $, который можно аппроксимировать с помощью тождества $ \ sin A \ приблизительно A $ для малых $ A $. По этой причине выходной сигнал детектора фазовой ошибки является приблизительно линейным для работы в установившемся режиме около начала координат.
\ begin {align *}
\ overline {e_D} & = \ frac A2 \ sin \ theta_e \\
& \ приблизительно \ frac A2 \ theta_e \ quad \ text {для малых} ~ \ theta_e
\ end {align * }
Эта S-образная кривая изображена на рисунке ниже.

Константы цикла

Из приведенного выше уравнения ясно видно, что коэффициент усиления детектора фазовой ошибки $ K_D $ равен
\ begin {формула *}
K_D = \ frac A2
\ end {уравнение *}
и, следовательно, является функцией амплитуды синусоиды при вход PLL. Помните из Eq (\ ref {eqPLLLoopConstantsFS}), что фильтр цикла получает $ K_P $, а $ K_i $ включает $ K_D $ в свои выражения.Если уровень входного сигнала не контролируется, контурный фильтр будет иметь неверные коэффициенты, и конструкция не будет работать должным образом. В беспроводном приемнике эта амплитуда поддерживается на заданном уровне с помощью автоматической регулировки усиления (AGC).

Для целей этого примера мы предполагаем, что $ A $ зафиксировано на $ 1 $ и, следовательно,
\ begin {Equation *}
K_D = 0,5
\ end {уравнение *}
Затем мы проектируем ФАПЧ с коэффициентом демпфирования
\ begin {уравнение *}
\ zeta = 1 / \ sqrt {2} = 0.707
\ end {уравнение *}
и ширина полосы шума контура $ B_n = 5 \% $ частоты дискретизации $ F_S $, или
\ begin {уравнение *}
B_n / F_S = 0,05
\ end {уравнение *}
Таким образом, подставляя эти параметры в уравнение (\ ref {eqPLLLoopConstantsFS}), мы получаем
\ begin {align *}
K_P & = 0,2667 \\
K_i & = 0,0178
\ end {align *}

После установки остальных параметров в начале этого примера, ФАПЧ может быть смоделирована с помощью любого цикла программирования в программной подпрограмме, которая вычисляет произведение выборка за выборкой входного и квадратурного выходных сигналов контура.

Выход детектора фазовой ошибки $ e_D [n] $

Начнем с графика, показанного на рисунке ниже, на котором отображается $ e_D [n] $, который содержит следующие два компонента.

Медленно изменяющийся средний компонент, скрытый в $ e_D [n] $, показан красным. Это можно представить как истинную фазовую ошибку, на которую контур реагирует, сходясь к входящей фазе. Обратите внимание, что эта ошибка остается положительной для первых 27 $ выборок, затем становится отрицательной, прежде чем стабилизируется до нуля на отметке около $ 70 $ выборок.Следовательно, как мы увидим позже, выход NCO должен преодолевать начальную разность фаз $ \ pi $ и отслеживать входную синусоиду примерно после 70 $ выборок.
Синусоида постоянной амплитуды с удвоенной частотой $ 2 \ cdot 2 \ pi (k / N) $ $ = $ $ 2 \ pi (2/15) $. Обратите внимание на рисунке, что каждые $ 15 $ выборок, есть $ 2 $ полных колебаний этой синусоиды на кривой средней ошибки. Это более отчетливо видно ближе к концу кривой, где достигается устойчивое состояние. Поскольку $ A / 2 = 0.5 $, амплитуда этого двойного частотного члена приблизительно варьируется от примерно $ -0,5 $ до $ + 0,5 $, что приводит к размаху амплитуды $ 1 $.

Выход петлевого фильтра $ e_F [n] $

На рисунке ниже показан сигнал ошибки $ e_F [n] $ на выходе контурного фильтра. Видны такие же виды траекторий, как и в $ e_D [n] $. Однако амплитуда двойного частотного члена была уменьшена с размаха $ 1 $ в $ e_D [n] $ до значения размаха $ 0.3 $. Такое поведение усиливает низкочастотную характеристику ФАПЧ. Напомним, что входная синусоида имеет дискретную частоту $ k / N = 1/15 $, которая была выбрана с целью лучшей визуализации сходимости ошибок. Если бы мы выбрали более высокую частоту, ослабление члена с двойной частотой было бы другим.

Оценка фазы $ \ hat \ theta [n] $

Оценка фазы $ \ hat \ theta [n] $ показана на рисунке ниже. Так же, как $ e_D [n] $ приближается к нулю после $ 70 $ выборок, $ \ hat \ theta [n] $ приближается к начальной разности фаз $ \ pi $ между синусоидами входа и выхода ФАПЧ.Колебания из-за двойной частоты все еще остаются.

Обратите внимание, что оценка фазы не сходится напрямую к фактическому значению $ \ pi $. Вместо этого его среднее значение демонстрирует колебательное поведение, выходя за пределы $ \ pi $, а затем возвращаясь и колеблясь вокруг этого значения, что могло бы быть более четким, если бы цифра была расширена для отображения большего количества образцов. Это связано с выбранным значением коэффициента демпфирования $ \ zeta = 0.707 $.

Так же, как при падении мяча на землю, фазовая оценка $ \ hat \ theta [n] $ повторяет затухающие колебания, прежде чем окончательно установится в состоянии равновесия.

Синусоида выхода PLL

Наконец, синусоида на выходе $ \ cos \ left (2 \ pi (k / N) n + \ hat \ theta [n] \ right) $ показана вместе с входной синусоидой на рисунке ниже. Первоначально между ними существует разница фаз в $ \ pi $, но постепенно система ФАПЧ компенсирует эту разницу и затем успешно приближается к отслеживанию входной синусоиды. Это происходит после того, как $ 70 $ выборок, когда было замечено, что $ e_D [n] $ стремится к нулю.

Интересно, что небольшое колебательное поведение, показанное $ \ hat \ theta [n] $, можно заметить и здесь после достижения сходимости, когда красная пунктирная кривая слегка опережает, а затем немного отстает от входной синей кривой.

Далее показан код Python и соответствующий вывод.

Код Python

 

# ФАПЧ в SDR

# Импортировать необходимые пакеты и модули
импортировать matplotlib.pyplot как plt
импортировать numpy как np

k = 1
N = 15
К_п = 0,2667
K_i = 0,0178
K_0 = 1

input_signal = np.zeros (100)

интегратор_out = 0
phase_estimate = np.zeros (100)
e_D = [] # выход фазовой ошибки
e_F = [] # выход фильтра цикла
sin_out = нп.нули (100)
cos_out = np.ones (100)

для n в диапазоне (99):
    input_signal [n] = np.cos (2 * np.pi * (k / N) * n + np.pi)

    # фазовый детектор
    пытаться:
        e_D.append (input_signal [n] * sin_out [n])
    кроме IndexError:
        e_D.append (0)


    #loop filter
    интегратор_выход + = K_i * e_D [n]
    e_F.append (K_p * e_D [n] + Integrator_out)


    #NCO
    пытаться:
        phase_estimate [n + 1] = phase_estimate [n] + K_0 * e_F [n]
    кроме IndexError:
        phase_estimate [n + 1] = K_0 * e_F [n]

    sin_out [n + 1] = -np.sin (2 * np.pi * (k / N) * (n + 1) + phase_estimate [n])
    cos_out [n + 1] = np.cos (2 * np.pi * (k / N) * (n + 1) + phase_estimate [n])



# Создать фигуру
fig = plt.figure ()

# Настроить оси
ax1 = fig.add_subplot (211)
ax1.plot (cos_out, label = 'Выход PLL')
plt.grid ()
ax1.plot (input_signal, label = 'Входной сигнал')
plt.legend ()
ax1.set_title ('Формы сигналов')

# Показать сюжет
# plt.show ()

ax2 = fig.add_subplot (212)
ax2.plot (e_F)
plt.сетка()
ax2.set_title ('Отфильтрованная ошибка')
plt.show ()

Подобно приведенному выше примеру, разные ФАПЧ могут быть разработаны для разных фазовых детекторов, разных значений коэффициента демпфирования $ \ zeta $ и ширины полосы шума контура $ B_n $, и результаты могут быть нанесены на график, чтобы увидеть, как каждое значение параметра влияет на поведение ФАПЧ. В следующем примере мы реализуем ФАПЧ на основе сложной обработки сигналов.

Пример 2

ФАПЧ теперь должна быть спроектирована так, чтобы она синхронизировалась со сложной синусоидой с дискретной частотой $ k / N = 1/15 $ циклов / выборка.Таким образом, входная синусоида может быть записана как
\ begin {уравнение *}
\ begin {выровнено}
r_I [n] \: & = A \ cos \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ theta [n] \ right) \\
r_Q [n] & = A \ sin \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ theta [n] \ right)
\ end {выровнено}
\ end {формула *}

Блок-схема такой системы представлена на рисунке ниже. NCO также имеет комплексный выход, или два реальных выхода с синфазной и квадратурной составляющими, записанные как
\ begin {уравнение *}
\ begin {align}
s_I [n] \: & = \ cos \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right) \\
s_Q [n] & = – \ sin \ left (2 \ pi \ frac {k} {N} n + \ hat \ theta [n] \ right)
\ end {выровнено}
\ end {уравнение *}

Здесь фазовый детектор сначала вычисляет произведение входных и выходных комплексных синусоид.Хотя на блок-схеме показан простой оператор произведения, помните, что сложный продукт на самом деле реализует действительное умножение на 4 доллара и сложение на 2 доллара. Используя тригонометрические тождества, как и раньше, члены с двойной частотой просто сокращаются, и в результате получается произведение
\ begin {уравнение *}
\ begin {align}
\ {r [n] \ cdot s [n] \} _ I \: & = \ cos \ left (\ hat \ theta [n] – \ hat \ theta [n] \ right) = \ cos \ theta_e [n] \\
\ {r [n] \ cdot s [n] \} _ Q & = \ sin \ left (\ hat \ theta [n] – \ hat \ theta [n] \ right) = \ sin \ theta_e [n]
\ end {align}
\ end {формула *}

Обратите внимание на разницу в комплексной обработке сигналов: члены с двойной частотой фактически компенсируются, а не фильтруются контурным фильтром.Кроме того, фаза вышеупомянутого комплексного сигнала является именно сигналом ошибки, который необходимо выделить, чтобы сформировать $ e_D [n] $.

Соответственно, арктангенс с четырьмя квадрантами, определенный в статье о комплексных числах, используется для вычисления фазы этого комплексного сигнала на выходе умножителя. Следовательно, на выходе фазового детектора будет просто
\ begin {уравнение *}
e_D [n] = \ измеренный угол \ big (r [n] \ cdot s [n] \ big) = \ theta_e [n]
\ end {уравнение *}
, для которого на рисунке ниже нарисована соответствующая S-образная кривая.
\ begin {уравнение *}
\ overline {e_D} = \ theta_e
\ end {уравнение *}
Обратите внимание, что S-кривая линейна во всем диапазоне $ – \ pi \ le \ theta_e \ le \ pi $ и из его выражения следует, что коэффициент усиления фазового детектора $ K_D $ $ = 1 $.

Теперь мы проектируем три ФАПЧ с разными коэффициентами демпфирования $ \ zeta $ и полосой шума контура, нормализованной с частотой дискретизации $ B_n / F_S $, как показано ниже.

[Случай 1] $ \ zeta = 1/2 $ и $ B_n / F_S = 0,05 $
[Случай 2] $ \ zeta = 3 $ и $ B_n / F_S = 0.05 $
[Вариант 3] $ \ zeta = 3 $ и $ B_n / F_S = 0,01 $

Коэффициенты фильтра цикла $ K_P $ и $ K_i $ можно найти, подставив эти значения в уравнение (\ ref {eqPLLLoopConstantsFS}). Затем можно смоделировать систему ФАПЧ, как в предыдущем примере, и выходной сигнал фазового детектора $ e_D [n] $, а также оценка фазы $ \ hat \ theta [n] $ показаны для этих трех схем ФАПЧ на рисунках ниже.

Здесь уместны некоторые комментарии по поводу захвата и блокировки ФАПЧ.

Комментарии к блокировке и приобретению

Полное исследование конструкции и характеристик системы ФАПЧ включает углубленную математическую формулировку, включая решения нелинейных уравнений. Точно так же, как мы взяли некоторые ключевые результаты для проектирования ФАПЧ, но не получили их, мы далее прокомментируем некоторые ключевые параметры, которые определяют ее производительность. Начнем с параметров, определяющих частотный диапазон, в котором может работать ФАПЧ. Подробности большей части того, что следует ниже, хорошо объяснены в работе.[1].

[Hold range] Существует критическое значение сдвига частоты между сигналами на входе и выходе, после которого малейшее возмущение приводит к тому, что ФАПЧ навсегда теряет отслеживание фазы. Этот диапазон, в котором ФАПЧ может статически поддерживать отслеживание фазы, известен как диапазон удержания $ F_H $.

[Pull-in range] Когда смещение частоты опорного сигнала в разблокированном состоянии уменьшается ниже другого критического значения, нарастание средней фазовой ошибки начинает замедляться, что в конечном итоге приводит к блокировке системы.Это значение известно как диапазон втягивания $ F_P $. Диапазон втягивания значительно меньше диапазона удержания. Несмотря на то, что сам процесс втягивания относительно медленный, система ФАПЧ всегда будет заблокирована для смещения в этом диапазоне.

[Диапазон блокировки] Получение состояния блокировки в течение короткого времени желательно в большинстве приложений. Если смещение частоты уменьшается ниже другого значения, называемого диапазоном блокировки $ F_L $, ФАПЧ становится заблокированным в пределах одной ноты одной доли между опорной и выходной частотами.Диапазон блокировки намного меньше, чем диапазон втягивания; однако, с другой стороны, сам процесс фиксации намного быстрее, чем процесс втягивания.

Помните, что блокировка фактически подразумевает, что для каждого цикла ввода существует один и только один цикл вывода NCO. Даже при фазовой синхронизации могут присутствовать как устойчивые фазовые ошибки, так и флуктуирующие фазовые ошибки. В практических приложениях диапазон рабочих частот ФАПЧ обычно ограничивается диапазоном захвата.

Таким образом, диапазон удержания и диапазон блокировки являются наибольшим и наименьшим соответственно, в то время как диапазон втягивания находится где-то в пределах установленных ими границ.Таким образом, имеет место следующее неравенство.
\ begin {уравнение *}
F_H> F_P> F_L
\ end {уравнение *}

Далее мы описываем две другие важные величины, которые определяют пригодность ФАПЧ для приложения.

[Время сбора данных] ФАПЧ требует конечного количества времени для успешной адаптации к входящему сигналу и уменьшения фазовой ошибки до нуля, что называется временем сбора данных. Время захвата определяется суммой времени, необходимого для достижения захвата частоты, а также времени синхронизации по фазе. 3 }
\ end {формула}

[Ошибка отслеживания] Эффективность ФАПЧ определяется ошибкой отслеживания, которая представляет собой мощность сигнала фазовой ошибки.Для ФАПЧ в режиме слежения (т. Е. Во время линейной работы) мощность шума на входе ФАПЧ задается AWGN со спектральной плотностью мощности $ N_0 $, определенной в статье о AWGN, и полосой шума контура $ B_n $ как
\ begin { уравнение *}
P_w = N_0 \ cdot B_n
\ end {уравнение *}
Для синусоидального входа с мощностью $ P_s $ на входе ФАПЧ отношение $ P_s / P_w $ является отношением сигнал / шум (SNR) . Выражение для ошибки отслеживания $ \ rho _ {\ theta_e} $:
\ begin {equal} \ label {eqPLLTrackingError}
\ rho _ {\ theta_e} = \ frac {N_0 B_n} {P_s} = \ frac {P_w} { P_s} = \ frac {1} {P_s / P_w}
\ end {формула}
Следовательно, ошибка отслеживания в присутствии AWGN обратно пропорциональна SNR и, следовательно, прямо пропорциональна $ B_n $.Имеет смысл, что более широкая полоса пропускания допускает большее количество шума на выходе ФАПЧ, тем самым увеличивая ошибку отслеживания.

Техника быстрой фиксации

Из уравнения (\ ref {eqPLLAcquisitionTime}), приведенного выше, очевидно, что выбор большого значения $ B_n $ в схеме ФАПЧ приводит к более быстрому захвату, поскольку время сбора данных обратно пропорционально степени $ B_n $. С другой стороны, Eq (\ ref {eqPLLTrackingError}) показывает, что узкий $ B_n $ генерирует меньше ошибок отслеживания, поскольку он прямо пропорционален $ B_n $.В заключение, хорошая конструкция ФАПЧ уравновешивает противоположные критерии – быстрое время сбора данных и уменьшенную ошибку отслеживания.

В мире аппаратного радио разработчикам ФАПЧ пришлось уравновесить эти два критерия производительности, найдя приемлемый компромисс. Область программного радио предлагает лучшее решение благодаря нашей способности изменять код на лету, что объясняется ниже.

В разблокированном состоянии ширина полосы шума ФАПЧ $ B_n $ сделана большой, чтобы обеспечить быструю синхронизацию.Параллельно с этим выполняется определенный алгоритм, известный как детектор блокировки, который генерирует двоичный выходной сигнал в зависимости от того, получила ли ФАПЧ блокировку или нет. Поскольку в этом сценарии константы цикла реконфигурируются, их значения изменяются таким образом, что полоса пропускания ФАПЧ $ B_n $ уменьшается до меньшего значения.

В других статьях мы обсуждаем процедуры синхронизации несущей и синхронизации в приемнике связи. Эти блоки включают в себя систему ФАПЧ как неотъемлемый компонент.

Список литературы

[1] Р.Best, Phase Lock Loops – Design, Simulation and Applications (6th Edition), McGraw Hill, 2007.
[2] М. Райс, Цифровые коммуникации – подход в дискретном времени, Prentice Hall, 2009.

% PDF-1.3 % 1 0 объект > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 8 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 9 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 10 0 obj > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 11 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 12 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 13 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 14 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 15 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 16 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 17 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 18 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 19 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 20 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 21 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 22 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 23 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 24 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 25 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 26 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 27 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 28 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 29 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 30 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 31 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 32 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 33 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 34 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 35 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 36 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 37 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 38 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 39 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 40 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 41 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 42 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 43 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 44 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 45 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 46 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 47 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 48 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 49 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 50 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 51 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 52 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 53 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 54 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 55 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 56 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 57 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 58 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 59 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 60 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 61 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 62 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 63 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 64 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 65 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 66 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 67 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 68 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Тип / Страница >> эндобдж 69 0 объект > / MediaBox [0 0 612 792] / Родительский 6 0 R / Ресурсы > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] >> / Тип / Страница >> эндобдж 70 0 объект > / Граница [0 0 0] / M (D: 20170612204958-08’00 ‘) / Rect [42.51966 34.91575 125.33733 53.64231] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 71 0 объект > поток х \ s _݉ X ѷ% \ KeN ‘$. б ?: + 6š5F ж * GBRb $ µω7 xBR 4m5M # X ߬ d {YidAf ~ BVrJ?, 5 * 95YQ7F ߐ mlRh4 @ kh \ ŎZv˹q + {rC

Нагрев корональной зоны за счет магнитного пересоединения в контурах с нулевым электрическим током

A&A 506, 913-925 (2009) Корональный нагрев за счет магнитного пересоединения в петлях с нулевым общим током

А. В. Худ ¹, П. К. Браунинг ² и Р. А. М. Ван дер Линден ³

¹ Школа математики и статистики Университета Сент-Эндрюс, Сент-Эндрюс, KY16 9SS, Великобритания, электронная почта: alan @ mcs.st-and.ac.uk
² Центр астрофизики Джодрелл Бэнк, Школа физики и астрономии, Манчестерский университет, Манчестер M13 9PL, Великобритания
³ SIDC, Королевская обсерватория Бельгии, Ringlaan 3, 1180 Брюссель, Бельгия

Поступило: 6 апреля 2009 г.
Принято: 17 август 2009 г.

Аннотация

Контекст. Статья посвящена нагреву солнечной короны нановспышками: суперпозицией небольшие переходные процессы, в которых накопленная магнитная энергия рассеивается за счет магнитного пересоединения. Предполагается, что нагрев происходит в нелинейной фазе идеальной кинковой неустойчивости, где магнитное пересоединение приводит к релаксации до состояния минимальной магнитной энергии.

Цели. Цель состоит в том, чтобы исследовать нелинейные аспекты магнитной релаксации в токовой петле с нулевым чистым осевым током.Исследуются динамические процессы, приводящие к установлению расслабленного состояния. Эффективность контур нагрева исследуется.

Методы. Трехмерный магнитогидродинамический числовой код используется для моделирования эволюции корональной петли, изначально находящиеся в идеально неустойчивом равновесии. Начальные состояния имеют нулевой чистый ток. Результаты интерпретируются путем сравнения как с анализом линейной устойчивости. и теория релаксации с сохранением спиральности.

Результаты. Помехи из-за нестабильного режима сильно ограничены в радиальном направлении, когда петля несет нулевой чистый ток. Сильные токовые слои по-прежнему образуются в нелинейной фазе с диссипацией магнитная энергия за счет быстрого пересоединения. Нелинейная развертка состоит в первую очередь из пересоединение в крупномасштабном токовом слое, который формируется вблизи квазирезонансной поверхности равновесного поля. Впоследствии текущий лист расширяется, а затем фрагментируется, что приводит к множеству перезамыкания и эффективная релаксация к постоянному полю α .

Выводы. Магнитное пересоединение запускается в нелинейной фазе нестабильности излома в контурах с нулевым общим током. Первоначально переподключение происходит в одном токовом слое, который затем фрагментируется на несколько узлы пересоединения, позволяющие практически полностью расслабиться до состояния с минимальной энергией. Петля нагревается до высоких температур по всему объему.

Ключевые слова: Солнце: корона / Солнце: магнитные поля / магнитогидродинамика (МГД) / плазма

Когда фаза Берри зависит только от топологии пути?

Предположим, у нас есть гамильтониан $ H (\ mathbf {R}) $, который зависит от некоторых параметров $ \ mathbf {R} $.{i \ gamma_ {C}} | \ phi_ {i} (\ mathbf {R_ {0}}) \ rangle,

с фазой $ \ gamma_ {C} $, заданной

$$ \ gamma_ {C} = \ int_ {C} \ mathrm {d} \ mathbf {R} \ cdot \ mathbf {A} (\ mathbf {R}),

, где $ \ mathbf {A} (\ mathbf {R}) = i \ langle \ phi_ {i} (\ mathbf {R}) | \ nabla _ {\ mathbf {R}} \ phi_ {i} (\ mathbf {R}) \ rangle $ – векторный потенциал Берри.

$ \ gamma_ {C} $ известна как фаза Берри и часто называется «геометрической фазой», поскольку зависит только от геометрии пути $ C $, а не от времени, необходимого для его прохождения.

Случай 2: $ H (\ mathbf {R}) $ вырождено

Если вместо этого гамильтониан вырожден, то этот обход через пространство параметров приведет к унитарной операции над начальным состоянием

$$ | \ psi _ {\ mathrm {final}} \ rangle = U_ {C} | \ phi_ {i} (\ mathbf {R_ {0}}) \ rangle,

с унитарным оператором $ U_ {C} $, заданным

$$ U_ {C} = \ hat {P} \ exp \ Big (- \ int_ {C} \ mathrm {d} \ mathbf {R} \ cdot \ mathbf {A} (\ mathbf {R}) \ Big),

, где $ \ hat {P} $ – это символ упорядочивания путей, а теперь $ \ mathbf {A} (\ mathbf {R}) $ – это матрица с элементами

$$ \ mathbf {A} _ {i j} (\ mathbf {R}) = \ langle \ phi_ {i} (\ mathbf {R}) | \ nabla _ {\ mathbf {R}} \ phi_ {j} (\ mathbf {R}) \ rangle.

(Примечание: эта операция унитарна, потому что $ \ mathbf {A} $ антиэрмитовски.)

Я пытаюсь понять, как фаза Берри связана со статистикой обмена частицами. Если я правильно понимаю, мы можем смоделировать обмен частицами так, как я изложил выше, изменив некоторые параметры $ \ mathbf {R} $ гамильтониана. Например, мы можем представить $ H (\ mathbf {R}) $ как некоторый потенциал захвата, который локализует частицы в положениях $ \ mathbf {R} $. Изменяя этот потенциал захвата, мы можем перемещать частицы друг вокруг друга.

Насколько мне известно, фаза (или, в более общем смысле, унитарная операция), являющаяся результатом такого обхода пути, зависит только от топологии пути. Тем не менее, исходя из изложенного выше, я не вижу причин, по которым эта фаза не изменилась бы, если бы путь $ C $ был слегка деформирован. Итак, мой вопрос

Вопрос: При каких условиях фаза Берри (или унитарная операция) зависит только от топологии пути через пространство параметров? Есть ли различия в этих условиях между случаями 1 и 2?

Читая ответ на этот вопрос, кажется, что фазу Берри можно рассматривать как параллельную транспортировку векторов по петлям в пространстве параметров.