Измерение петли фаза ноль методика: Методика измерения полного сопротивления цепи «фаза-нуль» и тока короткого замыкания

Методика измерения петли фаза-ноль:

 Существует несколько методов измерения:

• метод падения напряжения в отключенной цепи

• метод падения напряжения на нагрузочном сопротивлении

• метод короткого замыкания цепи

 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

В соответствии с ПТЭЭП для контроля чувствительности защит к однофазным замыканиям на землю в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо выполнять измерения сопротивления петли “фаза-нуль”.

Для измерения сопротивления петли “фаза-нуль” существует ряд приборов, различающихся схемами, точностью и др.

Области применения различных приборов приведены в таблице

Приборы для измерения электрических параметров заземляющих устройств, в том числе  измерения сопротивления петли фаза-нуль

Тип прибора или метод	Измеряемый параметр	Примечание
М-417	Сопротивление петли с последующим вычислением тока однофазного замыкания	Область применения – контроль
ЭКО-200	Ток однофазного замыкания на землю	Область применения – контроль
ЭКЗ-01	Ток однофазного замыкания на землю	Область применения – контроль
Амперметр + вольтметр	Напряжение и ток	Высокая точность (область применения – измерения)

Проверка производится для наиболее удаленных и наиболее мощных электроприемников, но не менее 10% их общего количества. Проверку можно производить расчетом по формуле Zпет = Zп + Zт / 3 где Zп— полное сопротивление проводов петли фаза-нуль; Zт — полное сопротивление питающего трансформатора. Для алюминиевых и медных проводов Zпет = 0,6 Ом/км.

По Zпет определяется ток однофазного короткого замыкания на землю: Iк = Uф / Zпет Если расчет показывает, что кратность тока однофазного замыкания на землю на 30% превышает допустимые кратности срабатывания защитных аппаратов, указанные в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), то можно ограничиться расчетом. В противном случае следует провести прямые измерения тока короткого замыкания специальными приборами, например, типов ЭКО-200, ЭКЗ-01 или по методу амперметра-вольтметра на пониженном напряжении.

Метод амперметра — вольтметра при измерении сопротивления петли фаза-нуль

Испытуемое электрооборудование отключают от сети. Измерение производят на переменном токе от понижающего трансформатора. Для измерения делается искусственное замыкание одного фазного провода на корпус электроприемника. Схема испытания -приведена на рисунке.

Схема измерения сопротивления петли фаза — нуль по методу амперметра — вольтметра. 

После подачи напряжения измеряются ток I и напряжение U, измерительный ток должен быть не менее 10 – 20 А. Сопротивление измеренной петли Zп=U/I. Полученное значение Zп должно быть арифметически сложено с расчетным значением полного сопротивления одной фазы питающего трансформатора Rт/3.

Программа проведения измерений сопротивления петли фаза-нуль

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

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

3. После выполнения организационно-технических мероприятий и допуска на объект, выполнение измерений и испытаний

4. Оценка и обработка результатов измерений и испытаний.

5. Оформление измерений и испытаний.

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

Методы измерения частоты переменного тока

Частотомер – прибор для измерения частоты

Частотомер, прибор для измерения частоты периодических процессов (колебаний).

Для измерения частоты электрических колебаний применяют электромеханические, электродинамические, электронные, электромагнитные, магнитоэлектрические Ч. Простейший электромеханический Ч. вибрационного типа состоит из электромагнита и ряда упругих пластин (как в механическом Ч.) на общем основании, соединённом с якорем электромагнита. Измеряемые электрические колебания подают в обмотку электромагнита; возникающие при этом колебания якоря передаются пластинам, по вибрации которых определяют значение измеряемой частоты.

В электродинамических Ч. основным элементом является логометр, в одну из ветвей которого включен колебательный контур, постоянно настроенный на среднюю для диапазона измерений данного прибора частоту. При подключении такого Ч. к электрической цепи переменного тока измеряемой частоты подвижная часть логометра отклоняется на угол, пропорциональный сдвигу фаз между токами в катушках логометра, который зависит от соотношения измеряемой частоты и резонансной частоты колебательного контура.

Непосредственное измерение частоты производят частотомерами, в основу которых положены различные методы измерения в зависимости от диапазона измеряемых частот и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными методами измерения частоты являются:

Метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты. Среднее значение тока перезаряда пропорционально частоте и измеряется магнитоэлектрическим амперметром, шкала которого проградуирована в единицах частоты. Выпускают конденсаторные частотомеры с пределом измерения 10 Гц – 1 МГц и погрешностью измерения +2%.

Резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента. 

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной. Электрические колебания неизвестной и образцовой частот смешиваются таким образом, чтобы возникли биения некоторой частоты. При частоте биений, равной нулю, измеряемая частота равна образцовой. Смешение частот осуществляют гетеродинным способом (способ нулевых биений) или осциллографическим.

При последнем способе применяют осциллограф с отключенным генератором внутренней развертки. Напряжение образцовой частоты подают на вход усилителя горизонтальной развертки, а напряжение неизвестной частоты – на вход усилителя вертикального отклонения.

Изменяя образцовую частоту, получают неподвижную или медленно меняющуюся фигуру Лиссажу. Форма фигуры зависит от соотношения частот, амплитуд и фазового сдвига между напряжениями, подаваемыми на отклоняющие пластины осциллографа. 

Если мысленно пересечь фигуру по вертикали и горизонтали, то отношение числа пересечений по вертикали m к числу пересечений по горизонтали n равно при неподвижной фигуре отношению измеряемой fх и образцовой fобр частот.

При равенстве частот фигура представляет собой наклонную прямую, эллипс или окружность.

Частота вращения фигуры будет точно соответствовать разности df между частотами fx’ и fx, где fx’ = fобр (m / n) и, следовательно, fx = fобр (m / n) + df.Точность способа определяется в основном погрешностью задания образцовой частоты и определения величины df.

Другой способ измерения частоты методом сравнения – с использованием осциллографа, имеющего калиброванное значение длительности развертки либо встроенный генератор калиброванных меток.

Зная длительность развертки осциллографа, и подсчитав, сколько периодов измеряемой частоты укладывается на выбранной длине центрального участка экрана осциллографа, имеющего наиболее линейную развертку, можно легко определить частоту. Если в осциллографе имеются калибрационные метки, то, зная временной интервал между метками и подсчитав их число на один или несколько периодов измеряемой частоты, определяют длительность периода. 

Метод дискретного счета лежит в основе работы цифровых частотомеров. Он основан на счете импульсов измеряемой частоты за известный промежуток времени. Обеспечивает высокую точность измерения в любом диапазоне частот.  Это наиболее распространенный современный метод измерения. Низкие частоты, такие как частота промышленной электросети может измеряться путем подсчета импульсов, поступающих от измерительного генератора высокой частоты F, за один или n периодов измеряемого тока или напряжения промышленной частоты 

f и вычисления значения измеряемой частоты по формуле: f = nF/N, где N – количество импульсов от измерительного генератора, полученное за n периодов промышленной частоты. Другим способом является подсчет периодов сигнала измеряемой частоты за фиксированное время, например, за 1 секунду.

Прибор для измерения силы тока, напряжения, частоты, мощности и коэффициента мощности с RS-485

• Диапазон измерения силы тока: 0…5А (прямое подключение), 0…10кА (с трансформатором)

• Диапазон измерения напряжения: 0…380В (прямое подключение), 0…10кВ (с трансформатором)

• Диапазон измерения частоты: 45…65 Гц

• Диапазон измерения мощности: 0…10 ГВт

• Диапазон измерения коэффициента мощности: 0…1

• Погрешность: ±(0,5% + 1 е.м.р.)

• Количество фаз: 3

• Интерфейс RS-485

• Монтаж: в щит

• Max/min, среднее 

•  Госреестр № 42735-09

Замер петли фаза-нуль | Центр Энерго Экспертизы

Петля фаза ноль это контур, состоящий из соединения фазного и нулевого проводника. Данное испытание необходимо для проверки соответствия уставки токовой отсечки аппарата защиты току  короткого замыкания, то есть нам необходимо знать, за какое время аппарат защиты отключит поврежденную линию и отключит ли вообще. Измерения проводят на самом удаленном участке линии. Потому что чем больше протяженность, тем хуже будут показатели, ниже ток короткого замыкания. Сопротивление петли фаза ноль зависит от сечения жил кабеля, его протяженности, переходных сопротивлений в соединительных коробках данной линии. Далее по полученным значениям производится расчет тока возможного короткого замыкания и производится сравнение со значением отсечки автоматического выключателя.

Со временем показатели могут увеличиваться из-за ухудшения переходных контактов в цепи фазного и нулевого проводника, поэтому данный параметр необходимо контролировать регулярно.

Так как при увеличении сопротивления петли фаза ноль, уменьшается возможный ток короткого замыкания, и как следствие аппарат защиты может не отключить поврежденную линию. Своевременное проведение проверки позволит предотвратить возникновение нештатных ситуаций и перегрев проводников.

На картинке пример измерения прибором metrel mi3102H SE. Полученное значение : 0,77 Ом, прибор сразу показывает какой ток КЗ возникнет на линии: 299 ампер, этого будет достаточно чтобы автомат категории С на 16 ампер сработал.

Периодичность проведения испытаний

Это испытание проводится при вводе электрооборудования в эксплуатацию, в обязательном порядке, при приёмо-сдаточных испытаниях в 100% объеме.

Это позволяет установить, насколько качественно выполнен монтаж, подобраны аппараты защиты. После этого проверка производится раз в три года, и  согласно ГОСТ Р 50571-16 2007 рекомендовано к включению в объем  эксплуатационных испытаний. По усмотрению ответственного за электрохозяйство испытания можно проводить чаще.

Кто проводит замер петли фаза ноль

Измерения проводят специальные электролаборатории, деятельность которых аккредитована федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору. Право на проведение этого вида работ указывается в свидетельстве о регистрации электролаборатории в перечне работ.

Какими приборами производятся измерения

Измерения производятся при помощи приборов, имеющихся у электролабораторий. Современные приборы создают искусственное короткое замыкание в месте измерения внутри прибора и сразу производят расчет  сопротивления петли фаза ноль,  и тока короткого замыкания.

В нашей компании есть все необходимое оборудование, которое позволяет быстро и качественно провести проверку.

Видео как проводится измерение сопротивления петли фаза-ноль

Заказать измерение петли фаза ноль в Москве от

НАИМЕНОВАНИЕ РАБОТ	ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ	ЦЕНА
Замер полного сопротивления цепи «фаза-нуль»	1 токоприемник	140 ₽

Электротехническая лаборатория «МОСЭНЕРГОТЕСТ» выполняет измерение петли фаза-ноль высоковольтных выключателей, а также другие работы по проверке, наладке и запуску электрооборудования. Мы предлагаем комплекс услуг по диагностике электроустановок во время приёмо-сдаточных и проверочных испытаний, гарантируем высокую точность и качество измерений.измерение петли фаза-ноль

Высоковольтные выключатели – важнейшие элементы систем электроснабжения, от исправного состояния которых зависит надёжность переключений и своевременное отключение оборудования при возникновении аварийных ситуаций.

Они обеспечивают штатный и аварийный режим работы трёхфазных энергосистем со стандартной частотой 50 Гц, могут использоваться для ручного, автоматического и дистанционного управления электропитанием. Выключатели в электроустановках должны периодически проверяться, для этого проводится измерение и ряд других измерений.

Преимущества полного измерения сопротивления петли фаза-нуль

Измерение сопротивления петли проводится при введении в эксплуатацию нового электрооборудования, после экстренного и планового ремонта электроустановок. Проверка рабочих характеристик коммутационных устройств, помимо всего прочего, включает в себя измерения сопротивления контура, создаваемого при соединении нулевого и фазного проводников.

Что дают замеры петли фаза-нуль?

Измерение сопротивления фаза-нуль позволяет получить более точные значения, чем при математическом расчёте. Это обусловлено тем, что при теоретических расчётах невозможно учесть переходные сопротивления рубильников, контакторов и других коммутационных устройств. Кроме того, невозможно предугадать путь прохождения тока при коротком замыкании, поскольку в любой электрической цепи присутствуют заземляющие контуры и металлические конструкции. Измерение сопротивления петли выполняется прибором, который все эти параметры учитывает автоматически, поскольку в процессе работы используется специальное измерительное оборудование.

Методика измерения сопротивления петли фаза-ноль

Наши специалисты выполняют измерение сопротивления петли одним из двух методов: методом КЗ(короткого замыкания) с использованием измерительного прибора MZC-300 или методом измерения падения напряжения в отключенной цепи электропитания. Первый метод более удобный и безопасный. Прежде, чем приступать к измерениям, мы проверяем сопротивление и целостность защитных проводников. Во время измерений прибором MZC-300 принимается во внимание возможность автоматической блокировки процесса. Это может произойти в том случае, если:

• Напряжение в сети электропитания больше 250 В.
• В сети КЗ отсутствует защита по току, а в цепи PE/N случился разрыв.
• Напряжение в сети электропитания меньше 180 В.
• Измерительный прибор перегрелся из-за большой нагрузки.

Измерение петли мы проводим по следующей методике:

• Клеммы измерительного прибора подключаются к заземляющему проводнику или к глухозаземлённой нейтрали и одной из фаз.
• Проверяется надёжность контактов.
• Имитируется короткое замыкание – в течение 30 мс электрический ток пропускается через резистор 10 Ом. Уменьшенное значение силы тока – один из основных параметров измерений.
• Перед определением величины тока измеряется реальное напряжение сети. Берётся векторная поправка тока и напряжения.
• Прибор автоматически вычисляет сопротивление фаза-ноль петли короткого замыкания, раскладывает его на активную и реактивную составляющие, высчитывает угол сдвига фаз, образующийся при протекании в цепи тока КЗ. Диапазон измерения выбирается автоматически.
• Результаты измерений заносятся в протокол.

Оформление результатов измерения

После выполнения всех замеров результаты в виде сопротивления петли КЗ или полного сопротивления цепи отображаются на дисплее прибора. На основании этих показателей выполняются вычисления тока короткого замыкания. Частота, с которой проводится измерение петли фаза-ноль, регламентируется ПТЭЭП и ППР, в них указываются сроки проведения текущих и капитальных ремонтов установок электропитания. Внеплановые измерения необходимы в случае выхода оборудования из строя и перед запуском после ремонта.

Электролаборатория«МОСЭНЕРГОТЕСТ» выполняет электроизмерение полного сопротивления петли фаза-нуль систем электропитания любого назначения. После выполнения измерительных работ выдаётся заключение о результатах. В этих результатах величина однофазного тока короткого замыкания сравнивается с номиналом предохранительной вставки или величиной тока срабатывания расцепителя автоматического выключателя. На основании этого делаются выводы о безопасности и пригодности электрооборудования к эксплуатации, данные измерений заносятся в протокол.

что это, методика измерения прибором, пример протокола

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.

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. 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.

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:

1. После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
2. При требовании со стороны обслуживающих компаний.
3. 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.

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:

1. Определение безопасности работы сети и надежности защитных устройств. Проверяется техническая исправность проводки и возможность дальнейшей эксплуатации без вмешательств.
2. Поиск проблемных зон для модернизации линии электроснабжения помещения.
3. 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 и проверка петли фаза-нуль в Москве по доступной цене: замер полного сопротивления цепи кабеля 0

Что такое петля фаза-ноль

Данная цепь образуется, когда подключают Ф-проводник к 0 или к защитному проводу. Это приводит к возникновению замкнутого контура с особенным сопротивлением. На деле он зачастую включает намного больше элементов. Основная проблема, возникающая у пользователей, если не учесть перекошенные фазовые показатели по цепи – протечка тока. В связи с этим необходимо регулярно проверять все подстанции, которые работают на 1000 В и более и имеют нейтраль, напрямую подключенную к заземлителю.

Теоретически замер можно провести самостоятельно, но «домашние» испытания петли фаза-ноль отличаются тем, что:

• практически невозможно учесть все рубильники, коммутаторы и прочие дополнительные включения, особенно на большом предприятии;
• не происходит расчета аварий – важный аспект нашей профессиональной работы.

Поэтому рекомендуется применять проверенные аппараты, для этого следует обратиться в электролабораторию «Тествольт». У нас современное оборудование, которое постоянно испытывается на предмет соответствия всем нормам.

Для чего проводится тестирование и кому нужна услуга

Наша лаборатория предлагает производить расчет, замер и проверку полного сопротивления петли фаза-ноль и кабелей по доступным расценкам. Эти процедуры следует реализовывать в трех случаях:

• При первичном запуске нового или отремонтированного оборудования.
• Если в схеме произведена замена или добавлены другие детали.
• При осмотре различных служб, контролирующих надежность эксплуатации сетей (пожарные инспекции, «Ростехнадзор»).
• По требованию владельца используемой площади.

В процессе деятельности периодически возникают ограничивающие проблемы. Их факторы:

• Утечки, связанные с электрическим сопротивлением на подстанции и техническими свойствами трансформатора.
• Потери самого провода и линий.
• Переходные электросопротивления дополнительных переключателей, защитных оборудований, автоматов.
• Ток высокого напряжения, рассчитываемый путем деления значений по цепи на R.

Получаемые метрики считаются приближенными к точной информации, потому что во время работы показатели могут меняться, влияя на общий итоговый результат. Все проводимые измерения петли фаза-0 и другого оборудования нужны, чтобы вовремя принять меры по охране имеющейся техники и самих токоведущих элементов от перегрева и возможного возгорания.

Периодичность проведения проверок

Первое обслуживание является пусконаладочным, то есть применяется перед запуском, сразу после монтажа. Сроков здесь не предусмотрена, но нужно учесть, что чем раньше будут выявлены отклонения при монтаже (если они были допущены), тем быстрее можно требовать компенсации у компании, которая проводила электрификацию всего объекта. В обратном случае, если все с электроустановкой хорошо, полученное заключение послужит официальной бумагой, согласно которой можно проводить безопасный ввод в эксплуатацию прибора.

Если в последующем не произошло ситуации для скорого обращения в нашу электролабораторию, например, интерес обслуживающей фирмы или требования потребителя электричества, то плановая проверка обязана быть осуществлена не реже, чем 1 раз в 2 года при условии агрессивной среды, которой происходит использование.

Более подробную периодичность можно узнать, заказав консультацию нашего эксперта.

Какие приборы используют

Современное оборудование, которое постоянно проверяется на предмет технической исправности. Вся аппаратура – профессиональная. Если не хватает тех  измерительных сведений, которые можно провести на объекте, осуществляется тестирование в условиях электролаборатории. У каждой бригады в ходе измерения фазы-ноль имеется некоторые из популярных приборов:

• М-417. Из плюсов – нет необходимости отключать источник питания, просто применять. Есть цифровой индикатор вместо стрелочек. Имеет небольшие габариты. Максимально допустимый показатель напряжения – до 380В.
• MZC-300. Более современный аналог. Методика проверки – имитация короткого замыкания на линии. Берет менее обширные границы техники – до 250В. Есть индикаторы перегруженности и перегрева. Показывает результат за 0,3 секунды.
• ИФН-200. Очень надежный, минимальная погрешность – не более 3% при разрешенных 5-10%. Широкий спектр напряжений, сеть может быть от 30 до 280 В. Удачное новшество – встроенная память, прибор записывает до 35 предыдущих параметров.

Проведение испытаний

При тестировании фазных и нулевых проводов наша лаборатория применяет определенные методы, обеспечивающие корректное считывание данных:

1. Работа с отключением и подключением нагрузки в сети. Конечные результаты рассчитываются и сравниваются с нормативными документами.
2. Воспроизведение режима короткого замыкания. Для этого производят присоединение прибора, искусственно создающего такие условия. Подобным образом выполняются измерения сопротивления петли фаза 0 и фаза-фаза, после которых осуществляется анализ полученных сведений о проводниках.
3. Отключение напряжения и последующее применение трансформатора переменного тока, который выполняет соединение токоведущей жилы на корпус проверяемой электроустановки. Называют такие манипуляции методом амперметра-вольтметра, благодаря которому производятся вычисления требуемых параметров.

По окончании измерительных действий вся снятая информация фиксируется в протоколе. На его основе специалисты делают выводы по электрической системе и проверяют ее на согласование с нормативно-технической документацией.

Ниже более подробно приведем этапы наших работ.

Подготовительная стадия

На ней следует подготовить помещение, а именно избавить его от любых загрязнений и влажности. Прежде чем приступать к самой петле, проводят дополнительные предварительные испытания, например, проверка непрерывности и уровня сопротивлений защитных линий или тот же показатель между контуром заземления и корпусом.

Методика измерения

Самым простым и точным способом считается замер по падению напряжения в цепи. В электросеть включается элемент с высокой нагрузкой, подается. Можно проводить испытания. Подключенный прибор MZC-300 может измерять показания между фазовым проводом и:

• нулевым;
• РЕ;
• защитой заземления.

Использованное оборудование должно привести к включению устройства защитного отключения. Но перед этим будут получены данные для последующих вычислений.

Соблюдение определенных условий цепи при расчете сопротивления петли фаза-нуль

У измерителя есть характерные особенности работы, это:

• Нельзя проводить тестирование при напряжении выше 250В.
• Если защитные или нулевые проводники оборваны, прозвучит звуковой сигнал, на экране появится знак «––».
• При несоблюдении условий температурного равновесия, т.е при перегреве, прибор отключается автоматически и показывает символ «Т».

Выбор способа подключения

Есть несколько схем, характерных для разных проверок.

Классическое снятие показателей с петли С-N:

Между фазовым проводом и РЕ:

А вот чертеж, если есть защитное сопротивление:

Для проверки заземления корпуса:

Анализ результатов измерения и выводы

Данные записываются в книгу учета, анализируется состояние всей сети, в том числе в профилактических целях. По показаниям составляется отчет, в котором могут быть приняты меры по модернизации всей электросети или ряда ее составляющих или составлено заключение о том, что можно продолжать эксплуатировать изделие. Присутствуют такие варианты:

• После определения надежности всей проводки и элементов сети, защитных аппаратов, резюмируется, что можно дальше проводить использование без вмешательств.
• Поиск проблем с дальнейшими советами и рекомендациями по их замене, ремонте.
• Определяются наиболее верные способы модернизации для улучшения работы и увеличения эффективности.

Форма протокола измерения

После всех процедур на месте и лабораторных вычислений, мы даем официальное заключение. Для этого протоколируем все данные по определенному формату. В таблицу заносятся сведения, касающиеся проверки – от даты и используемого прибора до результатов и вынесенной оценки. В заключение также дается итоговый отчет – можно или нет далее эксплуатировать сеть, если нельзя, то приводится перечень действий, необходимых для исправления ситуации. Напоминаем, что нужно проводить профилактические работы, которые помогают значительно увеличить общий срок оборудования.

Меры безопасности

Данные процедуры могут проводить только сотрудники электролаборатории, которые имеют специальные навыки и допуск. Наши бригады оснащены всеми инструментами и методами индивидуальной защиты.

Доверяйте выполнение необходимых испытаний нашим профессионалам, прошедшим специализированное обучение. У нас:

• высококвалифицированные сотрудники;
• быстрое исполнение заказов;
• надежные, современные приборы;
• предоставление официального отчета, необходимого для проверяющих инстанций;
• многочисленные положительные отзывы от клиентов, среди которых «Евросеть», «Детский мир», «Промсвязьбанк», «РЖД» и другие;
• приятные расценки: замер полного сопротивления петли фаза-нуль производится по скромной цене, которая зависит от величины электрической цепи.

Оформляйте заявку на услуги по указанным телефонам или онлайн, и мы оперативно приступим к работе!

Измерение сопротивления петли фаза-нуль

ООО «Электролаборатория» проведет измерение сопротивления одного из основополагающих компонентов электробезопасности – петли «фаза-нуль»

При возникновении аварийного режима (К.З., перегрузки) проводки и электрооборудования, должно сработать защитное устройство реагирующее на сверхток и соответственно обесточить поврежденный участок электроцепи. Иначе произойдут серьезные повреждения части (а то и всей) электроустановки в случае возгорания. После проверки сопротивления цепи фаза-нуль (фаза-ноль) становится ясно правильно ли выбраны аппарат защиты (по току и времени отключения), сработает ли автоматическое отключение питания в случае к. з.

Звоните нам! 8 (8442) 98-95-47 и 8 (927) 253-36-76

Петля фаза-нуль — это контур образованный нулевым рабочим (или защитным) и фазным проводниками. Проверка параметров цепи помогает определить величину тока однофазного к.з. (измеряется прибором типа МZC-300 и др.) и подтверждает целостность цепи. Методика измерения петли фазу нуль (фаза ноль) — это  совокупность защитного PE и совмещенного “нулевого защитного” и “нулевого рабочего” PEN проводников от корпуса электрооборудования до источника питания (силовой трансформатор). Поэтому, проверка петли позволяет оценить и качество защитной цепи.

Срабатывание устройства защиты от сверхтока должно происходить надежно и за время удовлетворяющее требованиям ПУЭ (п. 1.7.79). Эти условия учитываются при проектировании, монтаже, эксплуатации электроустановок и электрооборудования, и требуют грамотного расчета и фактической проверки.

Величина тока однофазного к.з. зависит от нескольких параметров: характеристик силового трансформатора, поперечного сечения (и материал) фазных и нулевых жил проводников и качества контактных соединений в цепи. После расчета или измерения величины тока к. з., который зависит от параметров электросети, полученные данные сравнивают с установкой теплового и/или электромагнитного расцепителя защитного устройства реагирующего на сверхток и определяют время срабатывания защитного аппарата по его время-токовой характеристике.

Периодничность проверки петли фаза нуль

В соответствии с ПТЭЭП, замеры сопротивления цепи «фаза-нуль» и замеры цепи между заземлёнными установками и элементами заземлённой установки проводятся с периодичностью, установленной системой ППР (планово-предупредительный ремонт), утвержденной техническим руководителем Потребителя.  Визуальный осмотр между защитным проводником и электрооборудованием производиться не реже 1 раза в 6 месяцев.

Замер сопротивления петли фаза нуль проводится по следующим причинам:

• при вновь вводимой электроустановке или её реконструкции;
• периодических (эксплуатационных) измерениях;
• по требованию инспекторов рос.технадзора и МЧС.

По окончании измерения сопротивления петли фаза-нуль инженерами электролаборатории выдается технический отчет (протокол проверки петли фаза нуль) установленной формы, содержащий информацию о величине тока к.з. защищаемого участка, а так же заключение о соответствии (не соответствии) измеренных параметров требованиям НТД.

Методика проверки цепи “Фаза-Нуль” в электроустановках до 1000 В глухозаземленной нейтралью

Область применения

Рекомендации настоящей методики распространяются на измерения в электроустановках 0,4кВ всех типов заземления нейтрали.

В электроустановках напряжением ниже 1000В с глухозаземлённой и изолированной нейтралью защита участков сети осуществляется автоматическими выключателями реагирующими на сверхток, как основной параметр аварийного состояния электроустановки (ГОСТ Р50571-2, ПУЭ). В электроустановках с изолированной нейтралью участки сети могут дополнительно защищаться устройствами защитного отключения (УЗО), реагирующими на сверхток, устройствами контроля изоляции и т.п. В электроустановках с глухозаземлённой нейтралью УЗО также могут применяться для защиты розеточных групп зданий, при условии, что к этим розеткам могут быть подключены переносные электроприборы.

Для проверки временных параметров срабатывания защитных устройств реагирующих на сверхток (автоматических выключателей) проводится измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль» или токов однофазных замыканий. Работа устройств защитного отключения проверяется другим образом.

Полное сопротивление петли «фаза-нуль», и, соответственно, ток однофазного замыкания будет зависеть в основном от нескольких факторов: характеристик силового трансформатора, сечения фазных и нулевых жил питающего кабеля или ВЛ и контактных соединений в цепи. Проводимость фазных и нулевых проводников на практике можно не только определить, но и изменить, кроме того, расчётное определение проводимости, в стадии проектирования электроустановки может исключить множество проектных ошибок.

Согласно ПУЭ проводимость нулевого рабочего должна быть не ниже 50% проводимости фазных проводников, в необходимых случаях она может быть увеличена до 100% проводимости фазных проводников. Проводимость нулевых защитных проводников должна соответствовать требованиям главы 1.7 ПУЭ: «1.7.126. Наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников должны соответствовать табл. 1.7.5. Площади сечений приведены для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости приведенным».

Полный текст

Измерение коэффициента усиления контура [Analog Devices Wiki]

Цель:

Целью этой лабораторной работы является применение метода инжекции напряжения с использованием анализатора цепей ADALM2000 и трансформатора для измерения коэффициента усиления контура системы отрицательной обратной связи, такой как каскад усиления инвертирующего операционного усилителя.

Фон:

Отрицательная обратная связь обычно используется в системах управления.На рисунке 1 показана простая система с отрицательной обратной связью.

Рисунок 1 Система отрицательной обратной связи

Выходное напряжение связано с входным напряжением следующим образом:

Это передаточная функция с обратной связью. T (S) называется усилением контура, которое является произведением всех усилений вокруг контура и в данном случае равно T (S) = G (S) H (S).

С помощью коэффициента усиления контура мы можем применить критерий устойчивости Найквиста для измерения коэффициента усиления и запаса по фазе и определения общей стабильности замкнутой системы.

Коэффициент усиления системы может быть получен из математической модели системы. Такие модели часто не учитывают все паразиты и нежелательные эффекты, которые могут существовать в реальной системе. Может быть очень полезно измерить усиление контура системы отрицательной обратной связи в процессе проектирования.

Измерение коэффициента усиления контура

Одним из методов измерения коэффициента усиления контура в системах с отрицательной обратной связью является метод инжекции напряжения. Ниже показано, как метод ввода напряжения может быть применен на практике и что необходимо учитывать для достижения правильных результатов.

Используя подходящий инжекционный трансформатор (комплект аналоговых деталей ADALP2000 содержит HPh2-1400L), мы можем подать тестовое напряжение в соответствующую точку инжекции в контуре обратной связи системы. Затем отклик контура можно измерить с помощью сетевого анализатора, такого как ADALM2000.

На рисунке 2 показана установка, использующая метод ввода напряжения для измерения коэффициента усиления системы обратной связи. Резистор низкого номинала вставлен в контур обратной связи в точке инжекции.Вторичная обмотка инжекционного трансформатора подключена к инжекционному резистору для подачи испытательного напряжения. Это позволяет подавать испытательное напряжение без изменения рабочей точки смещения постоянного тока в системе.

Рисунок 2 Метод подачи напряжения

Входы анализатора цепей подключаются к обеим сторонам инжекционного резистора с помощью датчиков напряжения. Затем измеряется усиление контура путем измерения комплексного усиления напряжения от точки A до B.

Где T (S) – измеренное усиление контура, а В _Sig и В _Ref – напряжения, измеренные анализатором цепей.

Измеренное усиление контура T (S) приблизительно равно фактическому усилению контура, если выполняются следующие два условия.

Состояние 1

Полное сопротивление вокруг контура обратной связи (Z _IN (S) блока H (S)) намного больше, чем полное сопротивление при взгляде назад от точки впрыска (Z _OUT (S) блока G (S)) .

Условие 2

Второе условие, которое должно быть выполнено, чтобы гарантировать, что измеренное усиление контура приблизительно равно реальному усилению контура:

Из этих условий мы видим, что важно выбрать подходящую точку впрыска, которая удовлетворяет обоим условиям.

Первое условие часто выполняется, например, на выходе операционного усилителя, который обычно имеет низкий импеданс. Другие подходящие точки обычно находятся на входах с высоким импедансом, таких как входы операционного усилителя.

Второе условие проверить сложнее. Следует очень тщательно проверять особенно маленькие результаты петлевого усиления выше частоты кроссовера.

Величина инжектируемого напряжения должна быть как можно более низкой, чтобы избежать больших эффектов сигнала, так как насыщение или другие нелинейности будут влиять на измерение.

Размер инжекционного резистора не влияет напрямую на результат измерения, если он остается относительно небольшим. 50 Ом или меньше – хорошее число.

Частотная характеристика трансформатора и динамический диапазон анализатора цепей ограничивают измерение коэффициента усиления контура. В приведенной ниже лабораторной работе вы будете использовать трансформатор HPh2-1400L, который имеет полезную частотную характеристику от 10 кГц до 5 МГц . Для измерения отклика контура на более низких частотах потребуется трансформатор с гораздо большей индуктивностью обмотки.HPh2-1400L или аналогичные широкополосные трансформаторы, такие как T1-6T (Minicircuits) или WB1010 (Coilcraft), должны быть достаточными для наблюдения отклика контура, близкого к единичному усилению (0 дБ, ) некоторых операционных усилителей, поставляемых в ADALP2000. Комплект аналоговых деталей при подключении в качестве инвертирующих каскадов усиления с соотношениями резисторов обратной связи (H (S)) или коэффициентом обратной связи от 1/2 до 1/11.

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки и комплект перемычек
Резисторы 2–10 Ом
1– Резистор 100 Ом
2– Резисторы 1 кОм
Резистор 1–10 кОм
1 – Операционный усилитель OP27
1 – OP37 op -усилитель
1 – операционный усилитель OP97
1 – трансформатор HPh2-1400L (или трансформаторы, T1-6T от Minicircuits, WB1010 от Coilcraft)
2-0. Конденсаторы 1 мкФ (используются для развязки источников питания Vp и Vn)

Направление:

Создайте схему измерения, как показано на рисунке 3 ниже. Не забудьте подать питание на операционный усилитель, +5 В на контакт 7 и -5 В на контакт 4 с помощью конденсаторов емкостью 0,1 мкФ, используемых для разъединения источников питания Vp и Vn (для простоты на схематической диаграмме не показаны). Если вы используете трансформатор HPh2-1400L для T ₁ , вы должны соединить три из 6 обмоток последовательно для первичной и оставшиеся три обмотки последовательно для вторичной (более подробную информацию см. В этом упражнении по трансформаторам).Резистор R ₁ установлен на 1 кОм, а R ₂ установлен на 1 кОм или 10 кОм для проверки различных коэффициентов усиления контура с тремя разными операционными усилителями. Делитель напряжения R ₄ и R ₅ служит двум целям. Сначала резистор 10 Ом R ₄ соответствует сопротивлению резистора, вставленного в контур обратной связи, R ₃ . AWG в ADALM2000 не может напрямую управлять резистором 10 Ом, поэтому 100 Ом R ₅ увеличивает сопротивление нагрузки до значения, достаточно высокого для безопасного управления AWG.Ослабление делителя также позволяет нам установить достаточно высокую амплитуду AWG, чтобы обеспечить сигнал с низким уровнем шума, в то же время подавая небольшой сигнал в контур.

Рисунок 3 Настройка измерения усиления контура

Настройка оборудования:

Зеленые квадраты указывают, где подключить модуль ADALM2000 AWG, каналы осциллографа и источники питания. Обязательно включайте блоки питания только после того, как дважды проверите проводку.

Откройте окно управления источником напряжения, чтобы включить и выключить фиксированные источники питания +5 и -5 В.Откройте инструмент анализатора цепей и установите развертку на запуск с частотой 10 кГц и остановку на частоте 5 МГц . Максимальное усиление должно быть установлено на 1X. Установите амплитуду на 3 В от пика до пика и смещение на ноль вольт. По шкале Боде установите максимальное значение 40 дБ и диапазон 80 дБ . Установите верхнюю границу фазы на 180º и диапазон на 360º. В разделе «Каналы осциллографа» нажмите «Использовать канал 1 как ссылку». Установите количество шагов на 500.

Рисунок 4. Макетная схема измерения коэффициента усиления контура.

Процедура:

Начните с использования усилителя OP97 с более низкой полосой пропускания из комплекта деталей ADALP2000 для ваших первых измерений.При обоих R ₁ и R ₂ равных 1 кОм. Включите источники питания и выполните одиночную развертку. Обратите внимание на частоту, на которой коэффициент усиления контура равен единице (0 дБ ), и фазу на этой частоте. Обязательно экспортируйте данные развертки в файл .csv для дальнейшего анализа в Excel или Matlab.

Пример графика представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. График измерения коэффициента усиления контура

Затем замените усилитель OP97 на усилитель OP27 с большей полосой пропускания из комплекта деталей.Обязательно отключите источники питания перед отключением операционного усилителя от вашей схемы. Включите источники питания и выполните одиночную развертку. Обратите внимание на новую частоту, где усиление контура равно единице (0 дБ ), и фазу на этой частоте и сравните ее с результатом измерения для OP97. Обязательно экспортируйте данные развертки в файл .csv для дальнейшего анализа в Excel или Matlab. Теперь замените R ₂ резистором 10 кОм. Выполните одиночный проход. Обратите внимание на новую частоту, на которой коэффициент усиления контура равен единице (0 дБ ), и фазу на этой частоте и сравните ее с результатом измерения для OP27 с R ₂ , равным 1 кОм.

Затем замените усилитель OP27 на усилитель OP37 из комплекта деталей. Обязательно отключите источники питания перед отключением операционного усилителя от вашей схемы. Включите источники питания и выполните одиночную развертку. Обратите внимание на новую частоту, на которой коэффициент усиления контура равен единице (0 дБ ), и фазу на этой частоте и сравните ее с результатом измерения для OP27 с R ₂ , равным 10 кОм. Обязательно экспортируйте данные развертки в файл .csv для дальнейшего анализа в Excel или Matlab.

Вопросы:

Практические методы анализа, измерения и стабилизации контуров управления с обратной связью в импульсных регуляторах и преобразователях

Перепечатано из материалов Powercon 7

Х. Дин Венейбл и Стивен Р. Фостер
Hughes Aircraft Company
Торранс, Калифорния

Abstract
Показаны практические методы анализа отклика импульсных регуляторов и определения и реализации требуемых характеристик обратной связи для достижения стабильной работы с обратной связью. В этих методах используется бумага реактивного сопротивления, чтобы сократить время расчета до минут и улучшить понимание поведения схемы. Также показаны методы измерения, которые позволяют определить усиление контура и запас по фазе за несколько секунд во время работы схемы.

1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы было написано много работ, касающихся подробного математического анализа частотной характеристики с обратной связью импульсных регуляторов. Ценность этих документов не вызывает сомнений, и некоторые из них упоминаются здесь.Однако цель данной статьи – сделать шаг назад в плане сложности и сделать шаг вперед в понимании анализа устойчивости.

2. ОСНОВЫ

2.1 ФУНКЦИИ ПЕРЕДАЧИ
Передаточная функция схемы – это просто выход, деленный на вход. Эта функция имеет коэффициент усиления и фазовую составляющую и обычно является функцией частоты. Наиболее полезной формой передаточной функции является график Боде, названный в честь Х. В. Боде из Bell Telephone Laboratories.Обычно требуются два графика Боде: коэффициент усиления и фаза. Использование логарифмических шкал значительно упрощает графический анализ (см. Рисунок 1).

Коэффициент усиления и фазовый сдвиг вокруг контура замкнутой системы – это просто произведение усилений всех элементов и суммы фазовых сдвигов всех элементов. Когда выигрыши нанесены на график логарифмически, произведение можно определить графически, просто суммируя усиление каждого элемента. Обычно в импульсном регуляторе суммируются только два элемента.Одним из них является модулятор, устройство, которое принимает управляющее напряжение и вызывает прерывание входной мощности, а затем сглаживание для обеспечения постоянного тока. выходное напряжение, а другой – усилитель обратной связи, который измеряет постоянный ток. выходное напряжение, сравнивает его с опорным и выдает управляющее напряжение на модулятор.

2.2 ПОЛЮСА
Технически, полюса – это точки на s-плоскости, в которых знаменатель передаточной функции стремится к нулю. На самом деле, это точки по частоте, где наклон графика усиления Боде падает вниз.
Очень важно знать и помнить, что при анализе линейных цепей график Боде может иметь только ограниченное количество дискретных наклонов и фазовых сдвигов, за исключением переходной области около полюсов и нулей. (См. Таблицу I)
Столбец «Фазовый сдвиг за декаду» представляет собой приблизительный наклон фазовой кривой около полюсов и нулей. Полюс вызывает переход от наклона + I к наклону O, или от O к -1, или от -1 к -2 и т. Д. Это сопровождается запаздыванием на 90 ° по фазовому сдвигу. Некоторые схемы, вызывающие наличие полюсов, и соответствующие им графики Боде показаны на рисунке 2.

Таблица 1. Некоторые допустимые наклоны и фазовые сдвиги на графике Боде

2.3 НУЛИ
Нули – это точки на s-плоскости, где числитель передаточной функции стремится к нулю. Фактически, это точки по частоте, в которых наклон графика усиления Боде ломается вверх. Ноль вызывает переход от -I к наклону O, или от -2 к -1, или от -3 к -2 и т. Д. Это обычно сопровождается опережением фазы на 90 °. Однако из-за природы повышающих и понижающих-повышающих регуляторов ноль в правой полуплоскости обычно возникает в передаточной функции модуля модулятора.Нуль в правой полуплоскости приводит к тому, что график усиления Боде срывается вверх так же, как ноль в левой полуплоскости, но сопровождается фазовой задержкой 90 ° вместо опережения. Это явление требует большей осторожности при стабилизации повышающих и понижающих-повышающих регуляторов, чем понижающих регуляторов, так что кроссовер усиления контура происходит значительно ниже частоты нуля правой полуплоскости. Цепи, вызывающие как полюса, так и нули, показаны на рисунке 3.

На рисунке 4 показана разница между нулем левой и правой полуплоскостей.

2.4 КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ
Как сделать осциллятор? Простой! Просто создайте систему управления с обратной связью с обратной связью, которая все еще имеет усиление более единицы (0 дБ), когда общий фазовый сдвиг вокруг контура составляет 360 градусов. И наоборот, чтобы сделать систему стабильной, убедитесь, что усиление контура упало ниже единицы к тому времени, когда общий фазовый сдвиг достигнет 360 °. Величина усиления ниже единицы, когда общий фазовый сдвиг составляет 360 °, называется запасом усиления. Тесно связанный критерий, запас по фазе, – это разница между фактическим фазовым сдвигом и 360 °, когда коэффициент усиления контура равен единице.

В большинстве текстов о системах управления с обратной связью говорится о стабильности с точки зрения фазового сдвига на 180 °. Это потому, что при постоянном токе обратная связь отрицательная, то есть начальный сдвиг фазы составляет 180 °. Тогда критерии стабильности основаны на дополнительном сдвиге фазы на 180 °.

Обратите внимание в Таблице I, что для того, чтобы коэффициент усиления падал с увеличением частоты, требуется сдвиг фазы минимум на 90 °. Эти 90 ° добавляются к 180 ° при постоянном токе, так что система с однополюсным спадом (наклон -1) при кроссовере будет иметь общий фазовый сдвиг 270 ° или запас по фазе 90 °. Также обратите внимание на то, что система с двухполюсным спадом (наклон -2) будет иметь полный фазовый сдвиг 360 ° и будет находиться на грани колебаний, если на самом деле она не колеблется.

Обратите особое внимание на Таблицу I, что система с трехполюсным спадом (наклон -3) будет иметь колоссальный 450 ° полного фазового сдвига и обязательно будет колебаться! Причина, по которой это важно отметить, заключается в том, что импульсные регуляторы по своей природе имеют 􀀣 трехполюсный спад в режиме обратной связи с обратной связью, 2 полюса от модулятора и один дополнительный полюс от усилителя обратной связи.Основная цель этой статьи состоит в том, чтобы представить методы достижения стабильности за счет уменьшения скорости спада коэффициента усиления в замкнутом контуре до наклона -1 в области кроссовера усиления (единичное усиление).

3. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
Все импульсные регуляторы работают по принципу накопления энергии в катушке индуктивности в одной части цикла, а затем передачи накопленной индуктивной энергии конденсатору в другой части цикла. Понижающий преобразователь, показанный на рисунке 5, является простейшим примером.

Рисунок 2. Цепи, вызывающие полюса

Подробнее

Фазовый детектор – обзор

3.10.2 Формулировка системы ФАПЧ

Весь анализ, представленный здесь, применим независимо от типа частичных разрядов (аналоговый или цифровой). Однако для простоты мы будем рассматривать частные разряды смесительного типа. Для других PD, таких как трехкаскадный компаратор фаза-частота, удобные поведенческие модели, такие как те, что в Refs. [42,46,47] следует ввести в рецептуру. В случае смесителя PD низкочастотная составляющая выходного сигнала имеет вид:

(3.96) ut = Kdsinωit − θotN = Kdsinϕ, ϕ = ωit − θotN

, где ωi = 2πfi – опорная частота, θ _o ( t ) – мгновенная выходная фаза ГУН, N – деление порядка, а ϕ ( t ) – переменная фазовой ошибки. Влияние высокочастотной составляющей выходного сигнала частичных разрядов не учитывалось из-за наличия петлевого фильтра. Обратите внимание, что узел наблюдения, рассматриваемый в модели проводимости (3.95), может отличаться от узла вывода генератора.В этом случае между двумя узлами будет существовать постоянный фазовый сдвиг Δ φ , такой что:

(3,97) θot = θnt + Δφ

Для упрощения формулировки без потери общности предполагается, что что напряжение смещения В, _T ⁰ добавляется к выходному сигналу фильтра для смещения ГУН. Затем, согласно формуле. (3.94) выходное напряжение фильтра согласуется с переменной возмущения Δ V _T ( t ). Здесь будет рассматриваться следующий фильтр первого порядка:

(3.98) Fs = τ1s + 1τ2s + 1 = ΔVTsus

Объединение уравнений. (3.95) – (3.98) система дифференциальных уравнений, управляющих динамикой ФАПЧ, имеет вид:

(3.99) τ1Kdϕ˙cosϕ + Kdsinϕ = τ2ΔV˙T + ΔVT, YVTΔVT + YVΔV + YωNωi − ωo − Nϕ˙ − jΔV˙V1 = 0

Система (3.99) состоит из трех реальных нелинейных дифференциальных уравнений в переменных состояния ( ϕ , Δ V , Δ V _T ), поскольку уравнение проводимости является сложным. Его можно записать в матричной форме как:

(3.100) MX˙x¯˙t + MXx¯t + G¯x¯t = 0¯, x¯ = ϕ, ΔV, ΔVTt

с:

( 3.101) MX˙ = τ1Kdcosϕ0 − τ2 − NYωrYωi / V10 − NYωiYωr / V0, MX = 00−10YVrYVTr0YViYVTi, G¯ = KdsinϕYωrNωi − ωoYωiNωi − ωo

, где супериндексы являются действительными, а части – вещественными, а части – вещественными. Тогда уравнение. (3.99) можно выразить в следующей компактной форме:

(3.102) x¯˙t = −MX˙ − 1MXx¯t + G¯x¯t = f¯x¯t

Можно использовать систему (3.102) для моделирования эволюции переменных системы ФАПЧ во время перехода в состояние с синхронизацией по фазе. Решение с синхронизацией по фазе представляет собой EP системы (3.102), которая определяется как:

(3.103) x¯˙t = f¯x¯t = 0¯ → x¯t = x¯0

Обратите внимание, что x¯˙t = 0¯ означает, что решение x¯0 с фазовой синхронизацией имеет постоянную частоту и амплитуду. Система (3.103) позволяет прогнозировать изменение амплитуды решения с фазовой синхронизацией в зависимости от опорной частоты или любого другого параметра.

Измерение контуров фазовой синхронизации с помощью анализатора спектра

Векторный анализатор сигналов общего назначения предлагает недорогую и гибкую возможность измерения времени установления частоты ФАПЧ. Автор: Дуглас Олни, Keithley Instruments Inc.Время установления частоты контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) является критически важной характеристикой для многих радиочастотных схем. Существуют различные методы измерения как амплитуды, так и времени установления частоты ФАПЧ, но использование анализатора векторных сигналов общего назначения (VSA) является одним из наиболее привлекательных методов по нескольким причинам: • Это тестовое оборудование, которым уже владеет большинство ВЧ лабораторий.
• Обеспечивает относительно недорогие функции анализатора спектра.
• Используемые методы могут быть реализованы с любым VSA, который позволяет передавать сложные отсчеты IQ во временной области на ПК.
• Можно измерить большое количество контуров фазовой автоподстройки частоты, при условии, что триггер TTL может быть получен в начале или около начала настройки.
• Легко достигается разрешение 10 Гц.
Конкретный метод, описанный в этой статье, явился результатом проекта Кейтли по разработке ВЧ-синтезатора. Чтобы избежать больших затрат на высококачественный анализатор спектра или специализированное испытательное оборудование с ограниченным применением, были исследованы другие решения. Поразмыслив, команда разработчиков поняла, что настроенный прибор с быстрым дигитайзером можно использовать для измерения времени установления частоты.Оценка существующего оборудования показала, что VSA имеет соответствующие характеристики, и была быстро разработана методика измерения как амплитуды, так и установления частоты. Рассмотрены другие альтернативы Есть три основных метода определения частоты как функции времени. Частотомеры измеряют промежуток времени между переходом через ноль, дискриминаторы преобразуют изменение частоты в изменение мощности, а VSA напрямую измеряют зависимость частоты от времени для сигналов в пределах их полосы захвата.До появления высокоскоростных дигитайзеров предпочтительным методом измерения частоты в зависимости от времени было использование прибора, который измерял время прохождения сигнала через ноль. Большинство радиочастотных счетчиков частоты используют этот метод, а более совершенные приборы регистрируют данные в зависимости от времени. Приборы зависимости частоты от времени, называемые анализаторами области модуляции, в настоящее время в значительной степени устарели, и большинство из них были заменены оборудованием на основе VSA. Самый дешевый подход к измерению частоты в зависимости от времени – пропустить сигнал через устройство, которое имеет примерно линейный наклон амплитуды в зависимости от частоты, в результате чего изменение частоты превращается в изменение амплитуды.Это может быть так же просто, как область частичного отсечки полосового фильтра или фильтра нижних частот. Затем мощность на выходе фильтра / дискриминатора измеряется с помощью анализатора спектра или датчика мощности. Несмотря на дешевизну, этот подход затрудняет поддержание точности, поскольку вариации амплитуды сигнала можно спутать с вариациями частоты, и трудно разрешить мелкозернистые вариации порядка 10 Гц, которые нам нужны для измерений времени установления системы ФАПЧ. Другая возможность – использовать быстрый дискретизатор или стробоскопический осциллограф для захвата сигнала.Однако этому методу не хватает динамического диапазона, который обычно требуется для измерения до 10 Гц. Предпочтительный подход для современных решений – использовать VSA. В этом приборе используется радиочастотный преобразователь с понижением частоты, за которым следует быстрый дигитайзер, который питает цифровой детектор IQ. Решение может быть таким же простым, как стандартный VSA плюс внешнее программное обеспечение для обработки трассировки. Более сложные решения включают анализаторы спектра в реальном времени и анализаторы источников сигналов. Эти инструменты могут иметь больше функций и допускать больше типов измерений, но при значительно более высокой стоимости.Если эти особенности и функции не необходимы для других приложений, их стоимость является чрезмерной для основной задачи измерения, когда частота синтезатора установилась.

Теория измерений для решений VSA Когда впервые сталкивается с измерением частоты, многие инженеры приобретают временную шкалу и используют постепенно увеличивающиеся БПФ, чтобы получить все более точное разрешение в частотной области. Это хорошо работает при работе с модулированной несущей, которая имеет богатую частотную составляющую, но может вызывать затруднения при измерении частотной траектории немодулированной несущей.Для немодулированной несущей основной проблемой является доминирующая частота в данный момент времени. В этом случае вычисления БПФ возвращают много ненужной информации и вызывают компромисс во временном разрешении, потому что для получения лучшего разрешения по частоте используются более длинные БПФ. Так было в случае разработки Кейтли ВЧ-синтезатора, который использует ФАПЧ для генерации несущих частот. Поэтому инженеры-разработчики начали рассматривать основное определение частоты – скорость изменения фазы.Фактически, это говорит о том, что вы можете оценивать частоту так часто, как вы можете проводить измерения фазы. Разрешающая способность оценки частоты ограничивается только шумом при измерении. Тем не менее, следует проявлять осторожность. Мгновенная частота, оцененная по производной фазы, может быть интерпретирована как несущая частота только при наличии единственной несущей без какой-либо модуляции, кроме настройки этой несущей. Другие сигналы, присутствующие в полосе измерения, будут вызывать резкие колебания измеряемой фазы.В случае ФАПЧ при измерении настройки генератора, управляемого напряжением (ГУН), предположение об одной несущей обычно остается верным. Если только ГУН не переходит в паразитные колебания, производная фазы представляет собой желаемую оценку частоты. Методология измерения состоит в том, чтобы установить VSA на ожидаемую конечную частоту, запустить VSA в начале настройки для тестируемого синтезатора и зарегистрировать запись времени IQ, достаточную для покрытия времени установления. В конце концов, сигнал попадает в полосу ПЧ VSA, и мы можем рассчитать фазу в зависимости от времени.Исходя из этого, мы вычисляем частоту в зависимости от времени. В то же время у нас есть зависимость величины от времени. Чтобы измерить фазу в зависимости от времени, детектор IQ умножает сигнал ПЧ, s (t) = I (t) + jQ (t), на косинус, чтобы получить действительную часть, и на синус, чтобы получить мнимую часть. Фильтр следует за умножением, чтобы превратить его в свертку и удалить паразитные частотные составляющие. Фаза θ _i вычисляется как tan ^-1 \ [Q (t) / I (t) \]. Детектор IQ по своей природе ограничен полосой пропускания, и ключевым моментом является равномерность амплитуды и фазы по частоте.В лучших решениях используется цифровой детектор IQ с идеально согласованными каналами и хорошо настроенными фильтрами. Чтобы преобразовать фазу в частоту, мы аппроксимируем производную с разницей во времени. Один из подходов – вычесть соседние образцы. К сожалению, это приводит к задержке данных на половину выборки. Чтобы избежать временного сдвига, лучше вычесть два отсчета, которые равноудалены от текущего отсчета, вычитая значение N отсчетов перед текущим отсчетом из значения N отсчетов после текущего отсчета.Если выборки фазы находятся в массиве θi, то частота вычисляется с использованием: F ≈ (P _i + _N – P _i – _N ) / (2NΔt) где Δ t – интервал дискретизации, обратный частоте дискретизации. Необходимо использовать развернутые выборки фазы для этой оценки ¹ , и чтобы входящий сигнал не продвигался более чем на 180 ° между выборками. В общем, наличие полосы пропускания детектора ниже полосы пропускания Найквиста обеспечивает выполнение второго критерия.При использовании сэмплов на одинаковом расстоянии до и после текущего сэмпла эффективная временная задержка отсутствует. В приведенном выше уравнении величина (2 N ) известна как апертура, обозначающая разделение между фазовыми образцами. Важно отметить, что мы делим на апертуру, что означает, что мы можем обменять шум на временное разрешение с помощью простой операции постобработки. Полоса пропускания измерения устанавливается фильтром обнаружения IQ и является важным фактором, поскольку разрешение по частоте ограничено шумом, из-за чего нам нужны меньшие полосы пропускания.В то же время полоса пропускания фильтра ограничивает наблюдаемое нами отклонение частоты, а звенящий сигнал фильтра может доминировать над временной характеристикой. В дополнение к ширине полосы важна форма фильтра, потому что его частотная форма влияет на амплитудный отклик, а его импульсный отклик может проявляться в виде звона как на частотном, так и на амплитудном отклике. Хорошее практическое правило – использовать полосу пропускания, примерно в 1000 раз превышающую желаемое разрешение по частоте. Например, чтобы измерить стабилизацию до 100 Гц, используйте полосу пропускания 100 кГц.При измерении больших отклонений используйте фильтр с плоским верхом, чтобы собрать как можно больше информации. При измерении окончательной настройки с высокой точностью используйте фильтр Гаусса, чтобы избежать звона. На рисунке 1 показано звенение из-за фильтра с плоским верхом при полосе пропускания 10 кГц (разрешение около 10 Гц) по сравнению с фильтром Гаусса. При этом измерении также важна точность времени, поэтому следует обращать внимание на точность триггера. Нам нужен сигнал запуска, чтобы начать сбор данных VSA. Если есть какая-либо двусмысленность во взаимосвязи между запуском триггера и фактическим началом настройки ГУН, точность измерения снижается.Лучше всего, если модуль управления, который запускает настройку синтезатора, также генерирует триггер начала настройки. Иногда можно получить действительный запуск из существующих сигналов в системе, таких как существующие линии управления и сигналы синхронизации. Наконец, важно, чтобы цифровая система сбора данных была откалибрована для точного времени запуска. Из-за задержек конвейера в системе цифровой обработки следующая выборка, доступная после триггерного события, будет иметь место незадолго до триггерного события.Большинство коммерческих VSA калибруют ось времени так, чтобы в момент запуска была определена правильная выборка. ¹ В общем, синусоидальную функцию времени можно охарактеризовать с помощью ее аргумента, выраженного как общий угол ϕ (t) , который изменяется во времени, т. Е. x (t) = A cos (ϕt)) , а производная по времени этого развернутого угла , ϕ (t) , представляет собой мгновенную частоту этой синусоиды в любой заданный момент времени t . Угол ϕ (t) называется развернутым , если он непрерывен везде, кроме мест, где абсолютное значение скачка скачка меньше π радиан. Пример данных измерений В этом примере ВЧ-синтезатор был запрограммирован на скачкообразное изменение между 1142 МГц и 998 МГц. Для измерения времени установления был использован анализатор Keithley Model 2810 VSA ( см. «Модель 2810 VSA с возможностями анализатора спектра подходит для многих приложений» ). Он был настроен на 998 МГц и использовал фильтр с плоским верхом 35 МГц. Синтезатор запустил VSA в то время, когда ГУН начал настраиваться с 1142 МГц до 998 МГц. На рисунке 2 показано, что сигнал попадает в полосу измерения примерно через 33 мкс после начала настройки ГУН. Частота ГУН выходит за пределы целевой 998 МГц примерно на 8 МГц, но ФАПЧ вводит частоту до тех пор, пока не произойдет синхронизация примерно на 220 мкс после начала настройки.Амплитуда ГУН (рис. 3) устанавливается намного раньше – примерно через 70 мкс. Это измерение было выполнено путем перевода VSA в режим нулевой полосы обзора на частоте 998 МГц. Приемный фильтр был сконфигурирован как фильтр с плоской вершиной 35 МГц. Время развертки составляло 300 мкс. Триггер был настроен на внешний триггер (от синтезатора) с задержкой триггера 33 мкс. Данные были собраны с помощью прибора : MEAS: IQ? Команда SCPI, которая собирает данные и передает их на главный компьютер в двоичном формате. При вычислении частотной траектории программа постобработки использовала апертуру 900 нс.На рисунке 4 показаны приблизительно последние 200 Гц времени установления для синтезатора, который был настроен с 1214,39011 МГц на 998 МГц с использованием фильтра Гаусса 100 кГц. Как и раньше, для расчета частотной траектории данные обрабатывались извне. Этот рисунок показывает, что метод VSA может легко разрешить частотные особенности даже до 10 Гц. Чтобы упростить настройку измерения, мы теперь встроили возможность давать команду синтезатору переключаться между двумя частотами каждые несколько миллисекунд и обеспечивать триггер TTL в начале настройки. Выводы То, что начиналось как попытка сохранить капитальный бюджет, быстро стало предпочтительным методом измерения времени установления частоты. Лакмусовой бумажкой стало то, что мы поняли, что можем разрешить разницу в 10 Гц в выходной частоте на выборках, разделенных менее 100 мкс. Это значительно лучше, чем старое инженерное правило, согласно которому для устранения разницы частот в 10 Гц необходимо проводить измерения в течение 0,1-секундного периода. Эта методика имеет ряд преимуществ: • Возможность уменьшения масштаба и измерения последних нескольких мегагерц траектории с высоким временным разрешением.
• Возможность увеличения и разрешения около 10 Гц для окончательной настройки.
• Возможность менять временное разрешение на шум на частотной кривой путем регулировки апертуры производной фазы к частоте.
• Правильная траектория амплитуды, когда сигнал находится в пределах полосы ПЧ.
• Если VSA еще не принадлежит, его относительно выгодно приобрести (около 20 000 долларов за Keithley Model 2810) по сравнению с анализатором спектра высокого класса.
Дуг Олни, старший инженер DSP, имеет более чем 20-летний опыт работы с радиочастотными измерениями и в настоящее время работает над алгоритмами измерения для сигналов OFDM. Ссылки
Agilent Application Note AN 1275, «Автоматическое измерение времени установления частоты ускоряет вывод на рынок конструкций RF», доступно по адресу http://cp.literature.agilent.com

(PDF) Определение запаса по фазе в Конфигурация с замкнутым контуром

-14-

2. Графическое представление (



GR, пик) –1 f (|



Z |) на основе как минимум двух подходящих



Значения Z

(после (A11) и рис.4) и отождествление перехода через нуль при |



Z | 



PM. Этот график

легко построить, используя возможности постпроцессора программы моделирования (Per-

formance Analysis, PA). Для этой цели в разделе 3.2 предоставляется подходящая целевая функция GF f (1/



GR, пиковая)

.

Примечание: До сих пор рассматривались только сети второго порядка. Однако в ответе

систем более высокого порядка – с дополнительными полюсами и / или нулями – в большинстве случаев также преобладает однополюсная пара

.Следовательно, приведенные выше соображения также применимы к большинству других активных схем

, представляющих практический интерес. Это верно, в частности, если введенные дополнительные значения фазы сдвигают доминирующую пару полюсов

довольно близко к мнимой оси s-плоскости. По этой причине может быть полезно, чтобы

проходил через более чем два значения Z



во время анализа переменного тока. В этом случае должен применяться второй подход

для оценки экстремумов групповой задержки (Анализ производительности, целевая функция GF).

Ссылки

1. Миддлбрук, Р.Д .: Измерение коэффициента усиления контура в системах с обратной связью. International Journal of

Electronics, 38, 485-512 (1975)

2. Джейкокс, Дж. М .: Инструменты CAE разрушают барьеры измерения обратной связи. Electronic Design, 28 мая,

117-120 (1987)

3. Хагеман, С.К .: Используйте современные методы SPICE для анализа цепей обратной связи.

IEEE Circuits and Devices Magazine, 5 (4), 54-55 (1989)

4. Тиан, М., Вишванатан, В., Хантган, Дж., Кундерт, К .: Стремление к стабильности слабых сигналов. IEEE

Circuits and Devices Magazine, 17, 31-41 (2001)

5. Джустолизи, Г., Палумбо, Г.: Подход к проверке параметров разомкнутого контура усилителей обратной связи

. IEEE Transactions on Circuits and Systems – I: Fundamental Theory and

Applications, 49, 70-75 (2002)

Оптическая система автоподстройки частоты для долговременной стабилизации разности частот широкополосного DFB-лазера

Стабилизация разности частот лазера незаменим во многих современных экспериментальных схемах.Применения варьируются от квантовой оптики, холодной атомной физики и нерезонансных границ раздела свет-атом [1,2,3,4,5], стабилизации частотной гребенки [6,7,8,9] до прецизионной спектроскопии и зондирования [10, 11].

В нескольких приложениях фазовая когерентность двух лазерных полей, синхронизированных со сдвигом частоты, не требуется [2,3,4,5,6,7,8,9,10,11], и простая синхронизация частоты является достаточной. решение. Тем не менее, одним из наиболее часто используемых решений является оптическая система фазовой автоподстройки частоты (OPLL) [12,13,14,15].В общем OPLL ведущий лазер (ML) и ведомый лазер (SL) объединены, и нота ударов измеряется на быстром фотодиоде (PD), сравнивается с эталонным значением, а затем разница пропускается через контурный фильтр и используется для настройки SL с помощью быстродействующего модулятора тока. Однако для работы OPLL разность фаз должна быть в жестких пределах, что делает их непрактичными для широкополосных лазеров.

Если OPLL сконструирован так, чтобы гарантировать только стабилизацию ухода частоты, а не фазовую когерентность, он представляет собой контур оптической автоподстройки частоты (OFLL).Такой подход был представлен ранее в [3]. [16]; однако он был применен к лазерам с узкими линиями на диодах с внешним резонатором (ECDL) и был основан на преобразователе напряжения частоты, допускающем смещение только до 8 МГц между SL и ML. Установки OPLL, включающие фазово-частотные детекторы (PFD), были представлены в [10,13]. [17] или [18], но для сдвига частоты только до 7 ГГц. Обе работы были связаны с фазовой когерентностью, требующей сложных контурных фильтров и реализации либо программируемой вентильной матрицы (FPGA), либо двух параллельных пропорционально-интегральных (PI) контроллеров.Иванов и др. al. В [18] их установка применяется к РОС-лазерам, хотя и с более узкой линией (1 МГц), чем в нашем случае. Они также представляют подробный анализ производительности OPLL при наличии делителей частоты.

Здесь мы представляем OFLL, предназначенный для стабилизации долговременного (> 100 \ (\ upmu \) s) дрейфа частоты. Наша установка основана на интегрированном чипе PFD, который сравнивает сигнал нот ударов ML и SL с низкочастотным эталоном. PD и PFD специально согласованы, чтобы обеспечить простоту конструкции и использования.

PFD выдает импульсы тока (фазовая ошибка), которые усредняются и преобразуются в сигнал напряжения на фильтре нижних частот (LPF). После вычитания программируемого опорного напряжения (Vref на рис. 1) сигнал (сигнал ошибки) становится пропорциональным измеренной разности фаз.

Мы проектируем одноступенчатый контурный фильтр как пропорциональный регулятор с небольшим интегральным членом, чтобы сохранить разность фаз в диапазоне детектора. Микросхема PFD может обнаруживать очень большие разности фаз и, таким образом, может применяться в лазерных диодах с широкими линиями.Сигнал ошибки возвращается к простому регулятору тока с относительно медленным откликом.

Несколько других методов были разработаны с целью захвата частоты. К ним относятся петли обратной связи, включающие интерферометр Маха – Цендера с линиями задержки коаксиального кабеля [19] или применение электрических частотных фильтров [20, 21], выполняющих преобразование частоты в амплитуду. Эти методы страдают рядом существенных ограничений, в том числе: менее компактная конструкция, чувствительность к условиям окружающей среды, а также ограниченная возможность настройки разности частот лазера.

Мы решаем эти проблемы, используя метод, который обеспечивает отличную фазовую стабилизацию [13] в режиме долговременной стабилизации частоты широкополосных лазеров, таких как лазерные диоды DFB, применимые в суровых условиях окружающей среды [2, 9]. Кроме того, компактная конструкция достигается за счет встроенного чипа PFD. Долговременная стабильность нашего метода ограничена генератором опорной частоты, стабильностью источника напряжения (ЦАП и внутренний фильтр нижних частот, см. Рис. 1), а также шумом ЧФД и гистерезисом.Настройку установки можно выполнить в реальном времени путем перепрограммирования микросхемы PFD и генератора.

Наконец, мы используем I / Q-микшер, чтобы восстановить полную фазовую трассу сигнала нот ударов. Этот метод представляет собой новый подход к определению характеристик лазерной фазовой синхронизации и дает очень информативные данные, которые позволяют нам восстановить фазовую дисперсию и девиацию Аллана.

Рис. 1

OFLL и – установка измерения фазы \ (\ phi (t) \). Широкополосный (10 МГц) распределенная обратная связь (DFB) ведущий лазер (ML) и ведомый лазер (SL) Разность частот (RF) измеряется в виде нот биений на быстром фотодиоде (PD) и подается на программируемый фазо-частотный преобразователь ADF41020. детектор (PFD), где его частота делится (N) и сравнивается с частотным разделением (R) опорного гетеродина (LO).Выходной токовый сигнал ЧФД (фазовая ошибка) усредняется и преобразуется в сигнал напряжения с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ). Управляемое ПК опорное напряжение от аналогово-цифрового преобразователя (ЦАП) вычитается из сигнала. Затем полученный сигнал ошибки подается через пропорционально-интегральный контроллер (PI) на контроллер медленного тока лазера (Ictrl), замыкая контур обратной связи. В РЧ-сигнал конфигурации подается на синфазный квадратурный (I / Q) смеситель вместе с высокочастотным гетеродином (LO ’).Два гетеродина (LO и LO ’) имеют общий опорный тактовый сигнал 10 МГц. Относительная фаза выходов I / Q включает разность фаз RF и LO \ (\ phi (t) \)

Этот документ организован следующим образом: Разделы. 2 и 3 обсуждают ограничения операции OPLL и то, как они устраняются в нашем решении. Раздел 4 описывает простую теоретическую модель, которую мы разработали для упрощения настройки и оптимизации OFLL с использованием общего оборудования.Затем процесс описывается в разд. 5 в виде пошаговой процедуры, требующей просто простых измерений во временной области. В разделе 6 описывается, как изменить модель с учетом конкретных характеристик оборудования. В разделе 7 показаны экспериментальные характеристики нашей реализации OFLL и результаты измерений фазы на основе I / Q-смесителя. Раздел 8 завершает нашу работу.

Измерение отклика контура управления источником питания с помощью графика Боде II

Стабильность – одна из важнейших характеристик в конструкции источника питания.Традиционно для измерения стабильности требуются дорогостоящие анализаторы частотной характеристики (АЧХ), которые не всегда доступны в лаборатории. Компания SIGLENT представила функции графика Боде Ⅱ для осциллографов серий SIGLENT SDS1104X-E, SDS1204X-E, SDS2000X-E, SDS2000X Plus и SDS5000X. В сочетании с генератором сигналов произвольной формы Siglent (SDG или SAG) и инжекционным трансформатором можно создавать быстрые кривые частотной характеристики.

В этом примечании к применению мы покажем вам основные принципы выполнения этого измерения стабильности и способы использования этих инструментов для выполнения измерения.

Рисунок 1: Установка Bode II

Стабилизированный источник питания на самом деле представляет собой усилитель с обратной связью с большим током. Любая теория, относящаяся к базовому усилителю с обратной связью, также применима к регулируемому источнику питания.

В теории обратной связи стабильность системы обратной связи может быть определена путем оценки передаточной функции контура. Более практичный способ – измерить график Боде петлевого усиления. На рисунке 2 показана типичная система обратной связи.

Передача с обратной связью A – это математическая связь между входом x и выходом y. Коэффициент усиления контура T, по его названию, определяется как усиление сигнала, проходящего по контуру.

Рисунок 2: Типичный контур обратной связи

Поскольку α и β являются комплексными переменными, они имеют не только величину, но и фазовый угол, а также коэффициент усиления контура T. Если фазовый угол T достигает -180 °, а величина равна 1, передаточная функция замкнутого контура A становится бесконечностью. В этой ситуации система будет поддерживать выходной сигнал, пока нет входа.Таким образом, система действует как генератор, а не как усилитель, а это означает, что система нестабильна.

Если мы построим контурное усиление на графике Боде, мы можем оценить стабильность, найдя запас по фазе и запас по усилению. Запас по фазе определяется как количество градусов, на которое фаза может быть уменьшена до достижения -180 °, когда величина равна 1 (или 0 дБ). Запас усиления определяется как количество дБ по величине, которое может быть добавлено до достижения 1 (или 0 дБ), когда фаза составляет -180 °.

Рисунок 3: График Боде, фаза и запас усиления

Чтобы получить желаемое усиление петли, мы просто разрываем петлю.На рисунке 4 показано, как разорвать петлю в типичной системе обратной связи. Технически вы можете разорвать петлю в любом месте. Обычно мы выбираем разрыв петли в точке между выходом усилителя и цепью обратной связи. Затем мы вставляем тестовый сигнал и для обхода контура. Коэффициент усиления контура – это математическая зависимость между выходным сигналом y и тестовым сигналом i .

Рисунок 4: Разрыв цикла в типичной системе обратной связи

На самом деле, мы никогда не сможем действительно разорвать контур, потому что контур обратной связи служит для поддержания постоянной рабочей точки постоянного тока цепей.Без контура обратной связи тестируемое устройство станет насыщенным из-за небольшого входного напряжения смещения, и тогда невозможно будет измерить полезный результат.

Чтобы преодолеть это, мы должны измерить отклик разомкнутого контура внутри замкнутого контура. Поэтому мы просто вводим сигнал в цикл, а не прерываем его. На рисунке 5 показан типичный метод закачки контура. Точка инжекции выбирается так, чтобы полное сопротивление при взгляде в направлении петли было намного выше, чем при взгляде назад.Одна из возможных точек находится между выходом и цепью обратной связи резисторного делителя. Могут быть выбраны другие точки, отвечающие этому требованию.

Рисунок 5: Контурное впрыскивание

Для поддержания замкнутого контура в точке впрыска вставлен небольшой инжекторный резистор Ri. Резистор должен быть достаточно маленьким, чтобы он мало влиял на схему, а также, чем ниже номинал резистора, тем ниже частота работы трансформатора. Picotest рекомендует резистор номиналом 4.99 Ом для J2100A, и может быть выбрано большее значение в зависимости от схем. Затем сигнал инжекции подается на резистор инжекции.

Введенный сигнал не должен влиять на рабочую точку цепи постоянного тока. Метод решения проблемы общего заземления заключается в использовании инжекционного трансформатора, как показано на Рисунке 6.

Рисунок 6: Инжекторный трансформатор

Сигнал инжекции начинается на одном конце резистора инжекции, проходит через цепь обратной связи резисторного делителя, усилитель ошибки и транзистор проходного элемента и, наконец, к выходу, который является другим концом резистора инжекции.Связь между инжекционным сигналом i и выходным сигналом y – это коэффициент усиления контура, который мы хотим измерить.

Имейте в виду, что мы измеряем параметр разомкнутого контура внутри замкнутого контура, фаза начинается с 180 ° и уменьшается до 0 °, а не начинается с 0 ° и уменьшается до -180 °. Так что запас по фазе следует измерять относительно 0 °.

Осциллограф: Siglent SDS1204X-E с версией микропрограммы выше 6.1.27R1 (версия Bode Plot Ⅱ)

Источник сигнала: Siglent SDG 2042X

Источник питания: Siglent SPD3303X

Датчик: Пассивный датчик Siglent PP215 переключен на 1X

Инжекторный трансформатор : Picotest J2100A

Тестируемое устройство: Picotest VRTS v1.51

Picotest VRTS v1.51 – демонстрационная плата для тестирования регуляторов напряжения. Технически это линейный стабилизатор, построенный на основе известного TL431 и дискретного транзистора. Схема показана на рисунке 7. Можно выбрать разные выходные конденсаторы, чтобы увидеть влияние на стабильность контура управления.

Рисунок 7: Схема VRTS v1.51

Для предлагаемого измерения отклика контура управления блоком питания точкой впрыска являются TP3 и TP4.Схема подключения показана на рисунке 8.

Генератор подключается к осциллографу через USB (также поддерживается подключение через Ethernet).

Инжекторный трансформатор подключен параллельно инжекционному резистору, так что сигнал подается в контур, предотвращая влияние генератора на рабочую точку контура постоянного тока.

Точки TP3 и TP4 также подключены к осциллографу, а TP4 определяется как вход DUT, а TP3 – как выход DUT на графике Боде Ⅱ.

Рисунок 8: Подключение цепи

Рисунок 9: Подключение датчика и трансформатора к DUT

В этом разделе мы покажем, как должна быть выполнена конфигурация ключа, чтобы измерения были выполнены правильно. Полные инструкции к графику Боде Ⅱ см. В руководстве пользователя и кратком руководстве.

Перед входом в график Боде Ⅱ рекомендуется активировать настройку предела полосы пропускания осциллографа 20 МГц.

Сейчас мы хотим измерить график Боде от 10 Гц до 100 кГц. Этого частотного диапазона должно быть достаточно для схемы с ожидаемой частотой кроссовера около 10 кГц.

Войдите в меню «Конфигурация» и установите для параметра «Тип развертки» значение «Простой», затем введите «Настройка развертки», чтобы задать частоту развертки. Установите режим Decade и Start на 10 Гц, Stop на 100 кГц. Установите Points / dec на 20, что достаточно для типичной развертки. Войдите в меню Set Stimulus, чтобы установить амплитуду на 50 мВ. Войдите в меню Set Channel, чтобы установить DUT Input на Ch2 и DUT Output на Ch3.

Рисунок 10: Конфигурация осциллографа Bode II

После завершения настройки вернитесь в главное меню и нажмите «Выполнить», чтобы начать сканирование.

Подождите, чтобы увидеть результаты, как показано на Рисунке 11.

Результат несколько запутанный и подозрительный из-за того, что кривая на низкой частоте, особенно фазовая кривая, чередуется вверх и вниз. В следующем разделе мы представим метод, называемый Vari-level, для решения этой проблемы.

Рисунок 11: Результаты измерений

После завершения развертки снова нажмите кнопку «Выполнить», чтобы остановить ее.Войдите в меню Display, а затем войдите в меню Cursors, чтобы включить курсоры. С помощью ручки Adjust переместите курсоры и установите запас по фазе, как показано на Рисунке 12.

Рисунок 12: Измерение курсором на графике Боде

Вы также можете включить функцию «Список» в меню «Данные», чтобы изучить измеренные данные, или можете экспортировать данные во внешний USB-флэш-драйвер для дальнейшего анализа на компьютере.

Рисунок 13: Экспорт данных

В предыдущем разделе мы видим, что результаты не идеальны для отраженной трассы на низкой частоте.Это связано с тем, что на низкой частоте разница амплитуд между входным и выходным каналами относительно велика, и поскольку мы используем относительно небольшой стимулирующий сигнал (на этот раз 50 мВpp), сигнал, представленный на входном канале DUT, чрезвычайно мал, так что коммерческий осциллограф общего назначения не может измерить его точно.

Но мы не можем просто увеличить амплитуду сигнала стимула. Результат будет аналогичен тому, что показано на рисунке 14. Сильный сигнал вблизи частотной области кроссовера вызывает серьезные искажения контура.Искаженный сигнал во временной области показан на рисунке 15.

Помните, что график Боде имеет смысл только в линейной системе и не имеет смысла в сильно нелинейной системе. Результат бесполезен.

Рисунок 14: Повышенная амплитуда и искажение стимулирующего сигнала

Рисунок 15: Искажения во временной области

Одним из возможных решений проблемы является вариационный уровень (другие производители могут называть его «фигурным уровнем» или «профилем уровня»). Концепция переменного уровня проста: амплитуда стимулирующего сигнала изменяется в зависимости от частоты.Если мы используем сильный сигнал на низких частотах и ​​уменьшаем амплитуду до довольно небольшого уровня вблизи области кроссовера, чтобы он не искажал контур, теоретически мы можем получить идеальный результат.

В меню «Настройка» установите для параметра «Тип развертки» значение «Простой» значение «Уровень переменной» и нажмите «Установить уровень переменной», чтобы войти в редактор профиля уровня переменной.

Рисунок 16. Установите для типа развертки значение Vari-level

На рисунке 17 показан редактор профиля на уровне переменных. Параметр «Профиль» позволяет пользователю выбрать и сохранить до 4 профилей.Узлы задают количество узлов в трассировке профиля, минимально допустимое количество узлов – 2, потому что по крайней мере 2 точки могут определять линию, и всегда первый и последний узлы устанавливают начало и конец трассировки. Нажмите Edit Table, чтобы войти в режим редактора профиля. Редактируемый параметр выделяется курсорами, и затем снова нажмите Edit Table для переключения курсоров между «Freq», «Ampl» и всей строкой, что позволяет пользователю перемещаться по всей таблице. Пользователи могут использовать ручку Adjust для установки выделенного параметра, а нажатие на ручку вызовет визуальную клавиатуру, которая позволяет напрямую вводить параметр.Параметры «Установить развертку» и «Установить стимул» в чем-то похожи на опцию «Простая развертка», но они не коррелированы. На этот раз мы установили режим развертки на Десятилетие, и достаточно 40 точек на декаду. Профиль, показанный на Рисунке 17, используется в этом измерении. Это не оптимальный профиль для этой трассы, но с него следует начать.

Рисунок 17: Редактор профиля на уровне переменных

На практике всегда следует экспериментировать с этими параметрами, чтобы найти оптимальное решение для конкретной схемы.

Практический способ сделать это – контролировать сигнал во временной области, уменьшать амплитуду стимулирующего сигнала до тех пор, пока не будут наблюдаться видимые искажения, а затем уменьшить амплитуду еще на 6 дБ. Затем запишите амплитуду и частоту, перейдите к другой частоте и повторите процесс.

Есть лучший способ найти оптимальный профиль, если у вас уже есть заведомо хороший профиль. Уменьшите амплитуду сигнала на 6 дБ и выполните развертку, чтобы увидеть, изменится ли график.Если он изменился, уменьшите амплитуду еще на 6 дБ и снова выполните развертку. Пока результат не изменится, вы можете увеличить амплитуду на 6 дБ, и это оптимальный профиль. Это занимает много времени, но необходимо для получения значимого результата.

После завершения редактирования профиля вернитесь в главное меню и нажмите «Выполнить», чтобы начать сканирование. На рисунке 18 показан окончательный результат измерения с Vari-level. Изменение переключателя выбора конденсатора S1 на демонстрационной плате VRTS v1.51 изменит отклик контура из-за воздействия различных конденсаторов.

Рисунок 18: Результаты с уровнем вариации

Осциллограф Siglent с недавно выпущенной диаграммой Боде Ⅱ вместе с генератором сигналов Siglent и инжекционным трансформатором Picotest предлагает очень гибкую и простую в использовании систему измерения контура управления источником питания.