Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб

Петля фаза ноль нормы: Измерение петли фаза-ноль | Заметки электрика

0 Comments

Содержание

Измерение петли фаза-ноль | Заметки электрика

Уважаемые, посетители!!!

Приветствую Вас на своем ресурсе «Заметки электрика».

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

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

1. Внешний осмотр

Проводим тщательный внешний осмотр:

2. Измерение петли фаза-ноль

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

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

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

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

Измеренные величины записываем в блокнот.

 

Методика измерения петли фаза-ноль. Как провести замер?

 Существует несколько методов измерения:

  • метод падения напряжения в отключенной цепи

  • метод падения напряжения на нагрузочном сопротивлении

  • метод короткого замыкания цепи

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

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

Измерение в рабочей цепи А (L1) — N

Измерение в защитной цепи А (L1) — PE

Проверка защиты от замыкания на корпус электрооборудования в системе заземления TN

Проверка защиты от замыкания на корпус электрооборудования в системе заземления TT

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

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

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

Периодичность проведения измерений


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

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

При отказе устройств защиты электроустановок должны выполняться внеплановые электрические измерения.

 

Как сделать заключение?

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

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

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

(для увеличения нажмите на картинку)

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

Пример:

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

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

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

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

Внимательно читаем информацию, приведенную на картинке выше.

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

А у нас ток получился 87 (А) —  условие не выполняется.

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

Вывод:

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

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

 

Форма протокола измерения петли фаза-ноль

Самым последним этапом является занесение величин измерений в протокол.

(для увеличения нажмите на картинку)

(для увеличения нажмите на картинку)

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

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


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

Замер полного сопротивления цепи фаза-нуль | Проверка петли фаза-ноль в Москве и МО

Измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль» – это распространенный тип исследования кабельной линии. Выполняется он с целью выяснения предельного тока КЗ на исследуемой линии и для подтверждения правильного выбора защитного автомата.

Данный тип испытаний важен для всех организаций, которые устанавливают и используют кабельные линии и электрооборудование. Выполняются такие исследования в соответствии с графиком планово-предупредительных мероприятий и согласно предписанию контролирующих организаций. Периодичность их проведения зависит от типа здания и составляет:

 

  • для обычных объектов – офисов, жилых зданий, административных сооружений и пр. – минимум раз в 3 года;
  • для промышленных объектов, составляющих опасность для окружающей среды – минимально раз в год.

Замер петли «фаза-ноль» позволяет убедиться в надежности используемых автоматических выключателей и своевременно принять меры для недопущения аварий. Итоги проведенных замеров вносятся в протокол технического отчета и хранятся до дальнейших проверок. Это дает возможность сопоставить итоги испытаний в различные эксплуатационные периоды и принять необходимые меры для обеспечения безопасной эксплуатации и эффективной работы электрооборудования.

 

Особенности испытаний петли «фаза-нуль»

В случае возникновения КЗ проходящий по кабелю ток достигает максимума и значительно превышает номинальное значение тока для применяемого сечения провода. Чтобы не допустить аварии, важно применять автоматический выключатель. Он мгновенно отключается под воздействием высокого тока и за доли секунды блокирует его дальнейшее прохождение, обеспечивая безопасность находящихся на объекте людей и техники. Длина линии, потребительская мощность, сечение кабеля и другие параметры подбираются в соответствии с ПУЭ.

Испытания петли «фаза-ноль» в электроустановках проходят под напряжением. Выбирается самый удаленный потребитель, и затем производятся замеры сопротивления петли «фаза-ноль» и тока КЗ. Для замеров применяется специальный прибор – специалисты инженерного центра «ПрофЭнергия» используют в этих целях аппарат MI 3102HCL производства компании Metrel. Итоги проведенных замеров вносятся в журнал испытаний.

Инженер оформляет протокол №4 техотчета и делает заключение о надежности проверенного аппарата защиты. Параметры вносятся в протокол, который визируется инженерами, выполнившими проверку. В завершение оформленный документ проверяет и визирует начальник электротехнической лаборатории.

 

Тонкости расчета тока однофазного КЗ

Проверка согласования параметров цепи «фаза-нуль» должна выполняться опытными специалистами. Важно учесть, что в некоторых формулах для расчета тока 1-фазного КЗ приняты допущения, снижающие точность результатов. В частности, может пренебрегаться сопротивление питающей системы, при этом мощность указывается как достаточная. А если в расчетах элементарно суммировать полные сопротивления, результат будет завышенным.

Чтобы правильно измерить сопротивление цепи «фаза-нуль», максимально точно рассчитать предельный ток КЗ, проверить надежность автоматов и выявить скрытые дефекты, воспользуйтесь профессиональной помощью наших специалистов. Регулярное проведение таких измерений поможет обеспечить стабильную и бесперебойную работу электрооборудования, избежать аварийных ситуаций, не допустить выхода из строя дорогостоящего оборудования и минимизировать риск получения производственных травм.

 

ПРОТОКОЛ № 4

проверки согласования параметров цепи «фаза – нуль» с характеристиками аппаратов защиты и непрерывности защитных проводников

Климатические условия при проведении измерений:

Температура воздуха +22°С.  Влажность воздуха 41 %. Атмосферное давление 749 мм.рт.ст.
Цель измерений (испытаний): приемо-сдаточные
Нормативные и технические документы, на соответствие требованиям которых проведены измерения (испытания):
                ПУЭ Раздел 1. Глава 1.7. п.1.7.1. Глава 1.8. п.1.8.39 п.п. 4. Раздел 3. Глава 3.1. п.3.1.8; ГОСТ Р 50030.2, ГОСТ 50345.

1. Результаты измерений:

 

№

п/п

 

Проверяемый участок цепи, место установки аппарата защиты

Аппарат защиты от сверхтока

Измеренное значение сопротивления цепи «фаза – нуль», (Ом)

Измеренное (расчётное) значение тока однофазного замыкания, (А)

Время срабатывания аппарата защиты, (сек)

Типовое обозначение

Тип расцепи

теля

Ном. ток, (А)

Диапазон тока срабатывания расцепителя короткого замыкания, (А)

A

B

C

A

B

C

Допуст.

в/т

х-ка
                           

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

 

ЩР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Ввод

Sh303L

ОВВ МД-C

20

100-200

0,39

0,39

0,38

569

568

576

5,0

< 0,1

2

Группа от QF1

Legrand

ОВВ МД-C

16

80-160

0,62

–

–

355

–

–

0,4

< 0,1

3

Группа от QF2

Legrand

ОВВ МД-C

16

80-160

–

0,62

–

–

355

–

0,4

< 0,1

4

Группа от QF3

S201

ОВВ МД-C

16

80-160

–

–

0,61

–

–

360

0,4

< 0,1

5

Группа от QF4

S201

ОВВ МД-C

16

80-160

0,70

–

–

315

–

–

0,4

< 0,1

6

Группа от QF5

S201

ОВВ МД-C

16

80-160

–

0,60

–

–

365

–

0,4

< 0,1

7

Группа от QF6

S201

ОВВ МД-C

16

80-160

–

–

0,67

–

–

328

0,4

< 0,1

8

Группа от QF7

S201

ОВВ МД-C

10

50-100

0,87

–

–

254

–

–

0,4

< 0,1

9

Группа от QF8

Legrand

ОВВ МД-C

16

80-160

–

0,61

–

–

359

–

0,4

< 0,1

10

Группа от QF9

Legrand

ОВВ МД-C

16

80-160

–

–

0,66

–

–

333

0,4

< 0,1

2. Измерения проведены приборами:

№

п/п

Тип

Заводской номер

Метрологические характеристики

Дата поверки

№ аттестата

(свидетельства)

Орган государственной метрологической службы, проводивший поверку

Диапазон измерения

Класс точности

последняя

очередная

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Измеритель параметров электроустано-вок  MI 3102 H ВТ

18120530

0,00-19,99 Ом

20-1999 Ом

±0,03Rизм ±0,05Rизм

09.06.2018

08.06.2020

КСП-919-2018

ИП Казаков П.С.

2.

Прибор для измерений климатических параметров

Метео-10

230

-10…+50°С

10-96%

600-795 мм.рт.ст

±0,5°С

±5,0%

±7,5 мм.рт.ст

07.11.2018

06.11.2019

СП 1846550

ФБУ Ростест-Москва

3.    При проведении измерений проверено:
a.    Отсутствие предохранителей и однополюсных выключающих аппаратов в нулевых рабочих проводниках.
b.    Соответствие плавких вставок и уставок автоматических выключателей проекту и требованиям нормативной и технической документации.
c.    Качество сварных соединений-ударами молотка, стабилизация разъёмных контанктных соединений по II классу в соответствии с ГОСТ 10434
Обозначение типов расцепителей:
1.    В, С, D – тип мгновенного расцепления по ГОСТ Р 50345-99    3.    НВВ – максимальный расцепитель тока с независимой выдержкой времени
2.    ОВВ – максимальный расцепитель тока с обратно-зависимой выдержкой времени    4.    МД – максимальный расцепитель тока мгновенного действия
4. Заключение: время защитного отключения соответствуют нормам ПУЭ.


Измерение петли фаза-ноль в электролаборатории ПрофЭнергия

Мы проводим проверку сопротивления петли фаза-нуль.

Наши лицензии позволяют осуществлять все необходимые замеры и испытания, а благодарственные письма, подтверждают высокий уровень оказанных услуг.

Стоимость проверки петли фаза-нуль

Для экономии времени наши специалисты могут бесплатно выехать на объект и оценить объем работ

Заказать бесплатную диагностику и расчет стоимости

Остались вопросы?

Для консультации по интересующим вопросам, или оформления заявки, свяжитесь с нами по телефону:

+7 (495) 181-50-34 

 

Измерение cопротивления петли фаза-ноль ООО “Олимп-02” 8(495)968-08-60 Москва и Московская область

Измерение сопротивления петли “фаза-нуль” является важным этапом при проведении работ по электрическим испытаниям и измерениям параметров электросети и электрооборудования. Он входит в программу как при приемо-сдаточных испытаниях, так и при эксплуатационных. Данный вид измерений позволяет определить ток однофазного короткого замыкания в цепи и тем самым определить временные параметры срабатывания устройств защиты электрооборудования от сверхтоков при замыкании фазы на заземленный корпус или на защитный заземляющий проводник.

Измерение сопротивления пели “фаза-нуль” в нашей электролаборатории.

Доверяя проведение работ специалистам нашей компании, вы сэкономите не только свои деньги (что уже немаловажно), но также сэкономите время и сбережете свои нервы. Все наши сотрудники обладают солидным опытом работы в данной сфере и используют самые современные приборы и оборудование для проведения электроизмерений и испытаний электроустановок и электросетей. Для наших клиентов действует гибкая система скидок и индивидуальный подход. Обратившись к нам, вы можете быть уверены, что работа будет выполнена качественно и в кратчайшие сроки. Для того, чтобы заказать услугу (точное название – “Проверка согласования параметров цепи “фаза-нуль” с характеристиками аппаратов защиты и непрерывности защитных проводников”) вы можете связаться с нами одним из трех способов:

  • – написать на электронную почту;
  • – Позвонить по телефону;
  • – заполнить форму онлайн заявки на нашем сайте.

Для чего производить замер сопротивления петли фаза-ноль?

При замыкании токоведущей части электроустановки на открытую проводящую часть или защитный проводник цепи, защитное устройство, которое предназначено для автоматического отключения питания цепи или электрооборудования должно обеспечить защиту от поражения электрическим током человека при одновременном прикосновении к проводящим частям. Для того, чтобы защита была обеспечена, отключение должно происходить за определенный промежуток времени. Например, наибольшее время отключения для системы TN с номинальным напряжением 220В не должно превышать 0,4 секунды. Полное сопротивление петли фаза-ноль должно удовлетворять условию:

(данные приведены в таблице 1). Существуют различные виды расцепителей в аппаратах защиты: с обратно зависимой выдержкой времени, с независимой выдержкой времени, расцепители мгновенного действия и т. д. Расцепители имеют определенную уставку по току срабатывания. То есть для того, чтобы расцепитель отключающего аппарата сработал и разомкнул цепь аварийной линии за установленный промежуток времени, в цепи должен возникнуть соответствующий уставке ток короткого замыкания. Замер сопротивления петли фаза-ноль позволяет определить полное сопротивление замкнутого контура в цепи фазный проводник – нулевой проводник и рассчитать ток, который возникнет в цепи в случае короткого замыкания. (В полное сопротивление петли фаза-ноль входят сопротивления: обмотки силового трансформатора, фазного провода, нулевого рабочего провода, контактов пускателей, автоматов и т. д. (см. рисунок 1).

Полученные данные сравниваются с данными аппарата защиты, установленным в соответствующей линии. При этом ток короткого замыкания должен быть больше тока, обеспечивающего срабатывание защиты в пределах нормируемого времени. Данный замер позволяет сделать вывод о том обеспечена ли защита от поражения током при косвенном прикосновении или нет.

Таблица 1

Номинальное фазное напряжение Uф,В.Время отключения, с.
1270,8
2200,4
3800,2
Более 3800,1

В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты, время отключения не должно превышать 5 секунд.

В цепях, которые питают отдельно стоящие стационарные электроприемники непосредственно от РУ, время автоматического отключения не должно превышать 5-ти секунд, при выполнении следующих условий :

  • – полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком не превышает значения:
  • – к шине РЕ распределительного щита или щитка присоединена дополнительная система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.

Ток короткого замыкания определяется по формуле:

Как происходит замер сопротивления петли “фаза-нуль”?

Рассмотрим данный вид измерений на примере маленького щитка, от которого отходят три линии. Напряжение на линиях 220В, следовательно минимальное время отключения должно быть 0,4 секунды (см. таблицу 1). Все три линии защищены одинаковыми автоматическими выключателями. Допустим, что это автоматы марки АВВ, серии S201 С25. Эти автоматы имеют номинальный ток 25А с характеристикой “С” (рис. 2).

Проведя измерения, мы получили данные о том, что ожидаемый ток короткого замыкания в линиях будет равным:

  • – линия 1 – 118А;
  • – линия 2 – 220А;
  • – линия 3 – 358А.

Время-токовая характеристика “С” данного автомата говорит нам о том, что его мгновенный расцепитель сработает при токах короткого замыкания, равных 5-10 значений номинального. То есть для нашего автоматического выключателя значение тока короткого замыкания должно быть 125-250А. Посмотрим, в какой линии аппарат защиты выбран правильно. Линия 1 сразу отпадает, так как значение тока короткого замыкания в ней ниже диапазона срабатывания расцепителя мгновенного действия. Линия 2 попадает в диапазон срабатывания, однако, согласно времятоковой характеристике, внутри этого диапазона находится неопределенная область. В этой области, аппарат может сработать и меньше, чем за 0,4 секунды и больше. Аппарат защиты, установленный в линии 3 разомкнет цепь меньше, чем через 0,1 секунды и поэтому гарантированно подпадает под наше условие. Вывод: аппарат защиты в линии 3 выбран правильно. Замер сопротивления петли “фаза-нуль” проводят в точках электрической сети, наиболее удаленных от проверяемого аппарата защиты (освещение, розеточные группы и т. д.).

Измерение сопротивления петли “фаза-ноль” не соответствует нормам.

Причиной неудовлетворительных результатов при измерении сопротивления петли “фаза-ноль” может быть очень большая длина линии, и/или маленькое сечение проводников, либо плохие контактные соединения. В любом случае аппарат защиты следует подбирать таким образом, чтобы он гарантированно отключал линию при возникновении короткого замыкания за отведенное нормативами время. Такие результаты мы видим в линии 1 и 2 из предыдущего абзаца. Ток короткого замыкания в линии 1 находится ниже нижнего предела срабатывания мгновенного расцепителя автоматического выключателя. В этом случае решением проблемы будет установка автомата с более низким номиналом тока. Либо установка автоматического выключателя с характеристикой “В”. Автоматические выключатели с характеристикой “В” имеют уставку мгновенного расцепителя 3 – 5 значений номинального. То есть автомат с номинальным током 25А с характеристикой “В” будет иметь мгновенный расцепитель, который срабатывает при 75-125А. Такой автомат уже может подойти в качестве аппарата защиты линии 1. В линии 2 ток короткого замыкания находится в неопределенной зоне действия мгновенного расцепителя. В данном случае не обязательно менять автомат, однако необходимо проверить его на отключающую способность током, равным ожидаемому току короткого замыкания (в нашем случае это 220А). Если он срабатывает за время, меньшее чем 0,4 секунды, то его можно использовать в качестве аппарата защиты в линии 2. Существуют и другие способы уменьшения измеренных значений и тем самым увеличения тока короткого замыкания.

Для того, чтобы не рассчитывать постоянно время срабатывания автоматического выключателя, можно воспользоваться требованием ПТЭЭП (таблица 2), согласно которому при замыкании на нулевой защитный проводник ток однофазного короткого замыкания должен составлять не менее 1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя. Для автоматов, которые мы использовали в своем примере, верхнее значение тока срабатывания является 250 А. Умножаем 250 на 1,1 и получаем 275 А.

Таблица 2

Наименование испытанийВид испытанияНормы испытанияУказания
28.4. Проверка срабатывания защиты при системе питания с заземленной нейтралью (TN-C, TN-C-S, TN-S)К, Т, МПри замыкании на нулевой защитный проводник ток однофазного короткого замыкания должен составлять не менее: Трехкратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя. Трехкратного значения номинального тока нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. Трехкратного значения уставки по току регулируемого расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. 1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя.Проверяется непосредственным измерением тока однофазного короткого замыкания с помощью специальных приборов или измерением полного сопротивления петли “фаза-нуль” с последующим определением тока короткого замыкания. У электроустановок, присоединенных к одному щитку и находящихся в пределах одного помещения, допускается производить измерения только на одной, самой удаленной от точки питания установке. У светильников наружного освещения проверяется срабатывание защиты только на самых дальних светильниках каждой линии. Проверка срабатывания защиты групповых линий различных приемников допускается производить на штепсельных розетках с различным контактом.

В конце хотим напомнить, что данное измерение должна производить только специализированная организация, которая зарегистрирована в Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору и имеет соответствующее свидетельство о регистрации электроизмерительной лаборатории. Все сотрудники организации, участвующие в проведении электроизмерительных работ и испытаниях электрооборудования и электросетей, должны иметь соответствующую квалификацию, группу по электробезопасности не ниже третьей и иметь запись в удостоверении о праве проводить испытания оборудования повышенным напряжением.

Видео испытания

Тег video не поддерживается вашим браузером.

скачать протокол измерения сопротивления петли “фаза-нуль”

Проверка и измерение сопротивления петли “фаза-нуль” в СПб

Для того, чтобы проверить реакцию защитных устройств электрооборудования и электросети на сверхтоки по времени срабатывания, производится замер полного сопротивления петли фаза нуль. Работа УЗО зависит от полного сопротивления цепи: сопротивления обмотки силового трансформатора, контактов в цепи и сечения фазных и нулевых жил кабеля или воздушной линии. В соответствии с ГОСТ Р МЭК 61557-3-2006 максимальная погрешность измерительной аппаратуры применяемой для измерение сопротивления петли фаза нуль в пределах диапазона измерений не должна превышать требуемое значение, указанное в НД или паспорте на СИ.

Измерительная аппаратура

Измерительная аппаратура подбирается согласно ГОСТ Р МЭК 61557-1-2006: она должна быть безопасной точной и надежной. Такие же требования относятся и к измерительной аппаратуре с дополнительными функциями, не подпадающими под действие стандартов серии МЭК 61557. Измерительная аппаратура должна также соответствовать требованиям МЭК 61010-1. В этой аппаратуре должна быть предусмотрена – и выполнена – двойная или усиленная изоляция. Степень загрязнения, согласно МЭК 61010-1, не превышать 2. Категория перенапряжения, согласно тем же нормативам, приложение J – II (вторая). Если питание подается от распределительной сети, категория перенапряжения – III (третья) . Зажимы зонда измерительного устройства должны исключить его прикосновения к частям, находящимся под напряжением. При проверке и измерении сопротивления петли фаза нуль это требование должно выполняться неукоснительно.

ГОСТ Р МЭК 51557-3-2006 предъявляет также дополнительные требования для измерительных устройств проверки сопротивления петли фаза нуль:

  1. Если при подключении нагрузочного устройства возникают переходные процессы в распределительной сети, погрешность в рабочих условиях применения не должна превышать установленных пределов в результате воздействия переходных процессов.
  2. Если при калибровке для обеспечения нулевого смещения используют внешние сопротивления, то это должно быть указано в нормативных документах на измерительную аппаратуру.
  3. Нулевое смещение должно поддерживаться в течение времени, указанного в нормативных документах на измерительную аппаратуру, независимо от любых изменений в ее диапазоне измерений или функционировании.
  4. Напряжение в точках измерения сопротивления петли фаза нуль испытуемой цепи не должно превышать аварийного значения 50 В. Это может достигаться автоматическим отключением при возникновении аварийного напряжения, превышающего 50 В, в соответствии с МЭК 61010-1.
  5. Измерительная аппаратура должна выдерживать без повреждений, создающих опасность для пользователя, подключение к распределительной сети напряжением, равным 120% номинального напряжения распределительной сети, на которое была рассчитана данная измерительная аппаратура. Защитные устройства при этом не должны срабатывать.
  6. Измерительная аппаратура должна выдерживать без повреждений, создающих опасность для пользователя, случайное подключение к распределительной сети напряжением, равным 173 % номинального напряжения, в течение 1 мин. Защитные устройства при этом могут срабатывать.

Для измерения сопротивления петли фаза нуль можно использовать любые аппаратные методы: годятся приборы советского производства и современные, так, можно применять и М-147, и ЕР-180, и MPI-551, и MZC-300, и MRP200. При измерении петли «фаза-нуль» электроизмерительная лаборатория должна по требованию предоставить копии заводских паспортов приборов, а также правила эксплуатации приборов, если заказчик измерений желает с ними ознакомиться. Указанные правила прилагаются к заводским паспортам. Приборы д для измерения должны быть сертифицированы, в сертификатах должны быть указаны метрологические характеристики соответствия, и копии этих сертификатов также должны быть предоставлены клиенту по требованию.

Методы измерения и проверки сопротивления

Измерить сопротивление петли фаза нуль можно несколькими способами. Как правило, используют один из следующих:

  1. Расчетно-формульный способ.
  2. Измерение полного сопротивления цепи фазы и нулевого защитного проводника для последующего расчета тока однофазного замыкания.
  3. Непосредственный замер тока однофазного замыкания путем замыкания на корпус или нуль.

Последние два способа не требуют расчетов, первый же использует формулу

Zпет = Zп + Zт/3

Zп – полное сопротивление проводов петли фаза – нуль,

Zт – полное сопротивление питающего трансформатора

Исходя из полученного значения, можно определить ток однофазного замыкания на землю

Iк = Uф/ Zпет

Если по расчетам оказывается, что ток однофазного замыкания на землю (ТОЗ) превышает допустимый ток на 30%, то требуется полный замер сопротивления петли фаза нуль Под допустимым током понимается ток, при котором в определенный временной промежуток происходит срабатывание аппарата.

В сети существует несколько видов защиты от однофазных замыканий. Плавкий предохранитель должен выдерживать трехкратный однофазный ток при коротком замыкании в невзывоопасном помещении и четырехкратный – во взрывоопасном. Для автоматического выключателя с обратнозависимой от тока характеристикой эти показатели составляют соответственно три и шесть. Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем при определенном заранее коэффициентом разброса уставок Кр по данным завода изготовителя имеет показатели 1,1 Кр для любых видов помещений. При отсутствии заводских данных, коэффициент в обоих случаях повышается до 1,4 для уставки до 100А, и до 1,25 для уставок более 100А. Под уставкой понимается значение некоей величины, в данном случае – сила тока, по достижении которого происходит изменение состояния системы. При проверке петли фаза нуль учитывается полное (комплексное) сопротивление всей цепи.

Требования безопасности

Проведение измерения сопротивления петли фаза-нуль требует предварительного проведения специалистами электроизмерительной лаборатории ряда организационно-технических мероприятий. Для начала определяется график работ по измерению, поскольку для каждого вида измерительного средства требуется согласовать требования руководства фирмы-клиента. Затем проверяется допуск лиц, которые должны будут осуществить измерение сопротивления. Они должны пройти соответствующий инструктаж и иметь группу по электробезопасности не ниже третьей. Работники должны иметь возраст не менее 18 лет, пройти медицинское освидетельствование, инструктаж, иметь соответствующее образование и навыки, которые определены в МПБЭЭ (Межотраслевых правилах по охране труда и эксплуатации электроустановок).

Ограничения при работе с приборами

В соответствии с теми же МПБЭЭ, запрещается производить ряд манипуляций с измерительными приборами, а именно:

  1. Работа с прибором М417 при измерении сопротивления петли фаза нуль исключает наличие заземления;
  2. Прибор должен находиться под одновременным контролем двух человек и более;
  3. Включение прибора должно быть произведено при отключенном питающем напряжении.
  4. У прибора ЕР180 существует ограничение напряжения в 250В;
  5. Нельзя нажимать кнопку запуска прибора до того, как прибор включен в сеть;
  6. Строго запрещена замена предохранителей в работающем приборе.

Помимо прочего, при измерении сопротивления петли фаза нуль требуется соблюдать ряд условий окружающей среды. Так, температура окружающего воздуха должна быть положительна, погода – сухая, без бурь, штормов и гроз. Необходимо фиксировать атмосферное давление и заносить его в протокол, но на сегодняшний день его влияние на качество измерений сопротивления не отмечено. Зато имеет значение температура проводников – степень их нагрева также фиксируется, и зависит от температуры окружающего воздуха. Если измерение проводится при малых токах и комнатной температуре, ток замыкания может вызвать повышение температуры проводника и, как следствие, повышение его сопротивления. Чтобы избежать ошибок при замерах, используется следующая методика:

  1. Проводится измерение сопротивления петли фаза нуль на вводе электроустановки.
  2. Затем замеряют сопротивление фазного и защитного проводников сети от ввода до распределительного пункта или щита управления.
  3. Следующий этап – замер сопротивления от распределительного пункта или щита управления до электроприемника.
  4. Полученные величины увеличивают для учета влияния температуры.
  5. Увеличенные значения сопротивления добавляют в величине сопротивления петли фаза-нуль

Дальнейшая подготовка проводится согласно ПУЭ: «В электроустановках до 1000В с глухозаземлённой нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых рабочих и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, который обеспечивает время автоматического отключения питания не превышающего нормативных значений». Нормативные значения указаны в таблице 5 Правил эксплуатации электроустановок.

Оформление результатов измерений.

Результат измерения сопротивления петли фаза нуль заносится в протокол, так же, как и данные по автоматическим выключателям, по результатам исследования специалистом-экспертов выносится вердикт о возможности, либо невозможности использования установки, а также о причинах возможных неисправностей.

Нормативные документы, на соответствие требованиям которых проводятся измерения:
  1. ПУЭ (Правила устройства электроустановок) 7-е издание раздел 1, гл. 1.8, п. 1.8.39, пп. 4, гл.1.7., п. 1.7.79;
  2. РД 34.45-51.300-97 “Объем и нормы испытаний электрооборудования”;
  3. Проектная документация;
  4. ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей), Приложение 3, п. 28, пп. 28.4.

Петля фаза ноль сопротивление и измерение

Обеспечить работу электрического оборудования в квартире или на производстве без перебоев и проблем, опасных для жизни людей и для работоспособности приборов – это задача не из легких. Такую функцию выполняют специальные аппараты защиты, которые необходимо устанавливать на объекте, чтобы избежать возникновения аварийных ситуаций (перегруз в сети из-за интенсивной или неравномерной нагрузки, короткое замыкание, удар молнии во время грозы, механическое повреждение силового кабеля или проводки). Цель таких систем защиты – они должны незамедлительно сработать, иначе может возникнуть возгорание на объекте.

Но не стоит ждать, когда эта аварийная ситуация возникнет сама собой, целесообразнее будет провести заранее необходимые замеры и тестовые испытания электроустановок с целью выявить так называемые «узкие места». Одно из таких тестовых измерительных работ – это обязательное измерение петли фаза-ноль. Этот замер входит в число контрольных измерений, определяющих степень надежности пожарной и электробезопасности. Всегда рады произвести электромонтаж в Киеве и обласи по лучшим ценам. Измерить петлю фаза-ноль также важно, как и определить уровень изоляции, сопротивления заземления, испытать автовыключатели повышенным вольтажом, и протестировать устройства защитного отключения. Заказать измерить полное сопротивление петли «фаза-ноль» в Киеве и области можно в электротехнической лаборатории компании «Электрик-Онлайн»: выездная бригада выполнит необходимые замеры, выехав на объект: квартиру, дом, производственное или офисное помещение.


Измерение полного сопротивления петли фаза-ноль – почему это важно знать?

Контур, именуемый петлей фаза-ноль (можно встретить еще другие наименования –  его называют петля фаза-нуль, Ф-0) создается при соединении проводника фазы с рабочим нулевым или защитным проводниками. Измерение полного сопротивления петли «фаза-ноль» позволяет выяснить, насколько на вашем объекте велика вероятность возникновения короткого замыкания в электроустановках во время перегрузки или аварии сети. Тестирование «Ф-0» позволяет определить, правильно ли был выбран аппарат защиты и насколько быстро (произойдет ли?) отключение поврежденного отрезка сети в то случае, если возникнет угроза короткого замыкания на корпус.Измерить, провести расчет полного сопротивления петли фаза-ноль собственными силами будет сложновато. Так как придется взять в расчет все промежуточные коммутаторы, имеющие собственные сопротивления, а рассчитывая силу тока в аварийном режиме, нужно будет учесть точный путь электротока через конструкции из металла, водо- и трубопроводы, заземляющий контур. Тогда как специальный прибор, используемый лабораторно, автоматически учтет все перечисленные сложности коммутации. Заключение по итогам замеров делают на основании установленных нормативов в ПТЭЭП и ПУЭ.

Вычисление или замер полного сопротивления петли «фаза-ноль» может понадобиться:

  • Для испытаний во время приема-сдачи электрической установки, вводимой в эксплуатацию после установки или реконструкции.
  • По запросу контролирующих организаций («Энергонадзор», «Укртехнадзор»).
  • По инициативе владельца объекта, на котором нужно протестировать, оптимизировать, укрепить надежность и усилить электротехническую и пожарную безопасность.


Профессиональное измерение сопротивления петли фаза-ноль: доверьтесь «Электрик-Онлайн»

Рекомендуем воспользоваться возможностями услуги электрика в Киеве профессиональными навыками выездной электротехнической лаборатории компании «Электрик Онлайн» это электромонтажные работы в Киеве любой сложности. Представители организации выполнят необходимые замеры непосредственно на месте, подготовят технический протокол и, в случае необходимости, подготовят экспертное заключение, как оптимизировать электроснабжение на вашем объекте.

Замеры выполняются пошагово:

  1. Предосмотр: визуальная предварительная проверка, насколько плотно осуществлена стыковка проводов и установленных устройств защиты в цепи – это необходимо для корректности будущих измерений.
  2. Для получения искомых величин, являющихся целью проводимых измерений, выбирается наиболее дальняя точка в измеряемой электролинии или проводятся контрольные замеры по всей линии, если достигнуть дальней точки не представляется возможным.

Применяемые методики замеров:

  • Падение разности потенциалов в обесточенной цепи или на нагрузочном сопротивлении. Второй тип методики – наиболее удобный и безопасный способ измерения.
  • Искусственное создание короткого замыкания в цепи.

Замеры проводятся на электрической установке, находящейся под вольтажом. Специалисты «Электрик-Онлайн» имеют допуски для работы с электроустановками, находящимися под вольтажом до 1000 В.

Следуя нормам ПТЭЭП, такие замеры выполняются периодически, а в случае отказа аппаратов защиты – внепланово. В зонах повышенной взрывоопасности уровень сопровления петли «фаза-ноль» замеряется не реже раз в 2 года.

Испытание цепи “фаза-нуль” Минск, РБ

Измерение сопротивления петли «фаза-нуль»

Как простая электрическая установка, так и целая система снабжения электричеством должна работать без каких-либо дефектов, исправно выполняя свои функции. Неполадки таких систем могут проявиться в самый неудачный момент и привести к очень неприятным последствиям. Для предотвращения таких инцидентов в эксплуатацию вводятся специальные защитные устройства, срабатывающие при возникновении опасных ситуаций. Испытание цепи «фаза-нуль» – процедура, направленная на определение поведения таких устройств при негативном воздействии на них (к примеру, короткое замыкание или перенапряжение системы).

Она также может потребоваться при введении новых установок или оборудования на предприятии, при подключении электричества на объекте, проведении проверок, связанных с безопасностью электрических цепей и т.д.

«ТМРсила-М» – команда настоящих специалистов. Мы готовы предложить каждому нашему клиенту качественные услуги по обеспечению безопасности вашего оборудования или установок, а также его перепроверке и наладке. Сотрудничая с нашей ЛЭФИ (лабораторией электрофизических измерений), вы можете быть точно уверены, что все работы проведутся в точности с инструкцией и установленными нормами.

Каждый сотрудник нашей фирмы – квалифицированный специалист. В работе мы используем только современное и точное оборудование и приборы, позволяющие проводить все необходимые измерения максимально точно и оперативно.

Особенности проведения данной измерительной процедуры

Многие ошибочно полагают, что измерение «фазы-ноль» можно провести и самостоятельно, просто имея на руках необходимые измерительные приборы. Однако не стоит забывать о том, что точность ваших измерений остается под серьезным вопросом, т.к. данный процесс напрямую связан со многими нюансами, способными прямо повлиять на полученный результат. К таким особенностям можно отнести следующее: результаты проверки зависят от расчетов нескольких показателей переходных сопротивлений разных устройств. Не имея должного опыта работы в такой сфере, вы не сможете собрать точные данные и получить полную картину о работе вашей системы, учитывая полученные характеристики;

В заключении будут показаны все результаты проведенной проверки, а также выводы и профессиональные обоснования о безопасности, и пригодности оборудования к дальнейшему использованию. Заказать испытание цепи “фаза нуль” можно, перейдя во вкладку “Наши контакты”.

Этапы и методы проверки и измерения цепи «фазы-ноль»

В самом начале проводится тщательный визуальный осмотр. Особое внимание уделяется состоянию щитов, имеющимся здесь сборкам и общей схеме электроснабжения. Затем проверкой подвергаются выключатели, контакторы, предохранители и прочие устройства защиты на наличие механических повреждений. Перед проведением замеров обращается внимание на то, насколько плотно соединены кабеля с устройствами защиты данной электрической системы. Стоит отметить, что при выявлении каких-либо серьезных неполадок измерения не смогут быть проведены из-за большой вероятности получения неточных результатов.

Одним из самых распространенных методов проведения данных измерений является имитация короткого замыкания при помощи специального прибора ИФН-200. Все полученные результаты исследований вносятся в протокол и могут быть использованы для дальнейшей работы и диагностики на данном объекте.

 

Если информация оказалась полезной – расскажите друзьям:

Критерии стабильности – (Прирост и фазовый запас) (2.010)

Критерии стабильности – ( Прирост Маржа и Этап Маржа) (2.010)

Критерии стабильности – (

прирост маржа и фаза маржа)

Подумайте об обоих из них как о запасе прочности для разомкнутой системы, которую вы хотели бы сделать замкнутой.
  • То есть, если вы идете рядом с обрывом, вам нужно положительных пробелов или «запаса безопасности» между вами и большой катастрофой.
    – Надеюсь, эта интуиция поможет вам понять, как определены поля при усилении и по фазе – так что положительных полей указывают на то, что запас прочности все еще существует (до нестабильности).
  • И наоборот, отрицательных поля в разомкнутой системе указывают на проблемы нестабильности, если вы попытаетесь замкнуть этот цикл !!
Давайте определим каждый, используя цифру справа в качестве помощника:
  • ПРИБЫЛЬ
    – Найдите частоту, при которой ФАЗА становится -180 градусов.(G / 20)) если вы измеряете Величину (M) в виде отношения (, а не дБ).
  • ФАЗНАЯ НАПРАВЛЯЕМОСТЬ
    – Найдите частоту, на которой УСИЛЕНИЕ равно 0 дБ. (Это означает, что выходная и входная амплитуды (величины) идентичны на этой конкретной частоте; на графике Боде передаточная функция пересекает 0 дБ на верхнем графике [величина].)
    — Для красного графика Боде это происходит при скорости около 5 (рад / сек) [отмечено красным ‘o’ на верхнем графике].
    — Для синего графика Боде кроссовер 0 дБ возникает на частоте около 181 (рад / сек) и показан синим «о».
    – Найдите ФАЗУ P (в градусах) на этой же ЧАСТОТЕ (теперь глядя на нижний график).
    (Эта конкретная фаза отмечена на нижнем графике справа для красной и синей передаточных функций линиями соответствующего цвета …)
    – Затем мы определяем ФАЗОВЫЙ ЗАПАС как:
      Фазовый запас = + P + 180 градусов
Теперь, чтобы проверить ваше понимание, давайте найдем коэффициент усиления и запаса по фазе для синей и красной передаточных функций, представленных выше.(Обратите внимание, что СИНИЙ TF был показанным на предыдущей странице, который мы обнаружили нестабильным, когда «замкнули цикл». КРАСНЫЙ TF здесь всего в (1/100) раз больше СИНЕГО TF.

Выбирая более низкое усиление, мы получаем систему с разомкнутым контуром, которая будет СТАБИЛЬНОЙ, когда мы замкнем контур.

– точек, взятых из графиков Боде выше … Запас по фазе =
+ P + 180 		Маржа прибыли =
0 – G
Для красных тс: P = -81.3 градуса (при частоте кроссовера 5 (рад / сек)).
G = -25,9 дБ (при частоте 100 (рад / сек)).		 +98,7 градуса +25,9 дБ
Для blue tf: P = -231,0 градуса (при частоте кроссовера 181 (рад / сек)).
G = +14,1 дБ (при частоте 100 (рад / сек)).		 -50,0 градусов -14,1 дБ
[email protected] 2.010 Урок № 3, 29 сен 00

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

Planet Analog – Основы анализа стабильности контура операционного усилителя: рассказ о двойном усилении контура

В этой статье демонстрируются преимущества метода анализа стабильности контура операционного усилителя, который я использую сам и рекомендую другим. Этот метод рассматривает поведение и скорость закрытия кривых усиления разомкнутого контура (Aol) и коэффициента обратной связи (1 / β) в дополнение к запасу по фазе контурного усиления (Aol β).Этот метод применим к общим системам управления, но Джеральд Грэм рекомендовал мне анализ схем операционных усилителей, а позже научил меня моим наставникам, когда я присоединился к Texas Instruments.

Сила этого метода заключается в способности визуально идентифицировать причину проблемы стабильности в цепи обратной связи или выходной цепи. После того, как вы определили основную причину проблемы со стабильностью, вы можете внедрить соответствующую схему компенсации.

Давайте использовать две схемы на рисунке 1, чтобы продемонстрировать этот метод анализа устойчивости.В схемах используется одно и то же расположение компонентов, но значения компонентов, выбранные в двух схемах, привели к двум наиболее распространенным проблемам со стабильностью, которые, как я вижу, разработчики случайно создают в схемах операционных усилителей.

Рисунок 1

Двойные нестабильные цепи с разными значениями компонентов и разными проблемами стабильности

Переходные характеристики этих двух цепей на Рисунке 2 показывают, что обе они нестабильны, со значительными выбросами и звоном.Использование этих схем в качестве буферов мультиплексора, опорных буферов, входных драйверов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или других приложений, где важно время установления переходного процесса, приведет к ухудшению характеристик схемы из-за непредсказуемых переходных характеристик. Различия в переходных характеристиках двух цепей основаны на расположении и паре полюсов и нулей в передаточной функции, что выходит за рамки данной статьи.

Рисунок 2

Переходная характеристика на скачок для двух цепей

Стандартный анализ устойчивости контура фокусируется на величине и фазе усиления контура.Разница между фазовым сдвигом схемы и 180 градусами, когда Aol пересекает 0 дБ, является источником распознаваемого измерения стабильности «запаса по фазе». Однако анализ коэффициентов усиления контура двух схем на рисунке 3 показывает, что они имеют почти идентичные амплитуду усиления контура и фазовые характеристики с частотами кроссовера примерно 875 кГц и запасами по фазе менее 9 градусов. Я уже намекнул, что у схем есть две разные проблемы со стабильностью, но, глядя только на отклики усиления контура, нет никаких указаний на то, как адаптировать схему компенсации в зависимости от причины проблем для каждой схемы.

Рисунок 3

Двойные цепи имеют амплитуду двойного коэффициента усиления (Aol β) и фазовые характеристики

Построение кривых Aol и 1 / β вместе с контурным усилением позволяет определить, исходят ли проблемы со стабильностью от сети обратной связи или выходной сети. На рисунке 4 результаты схемы 1 показывают, что отклик Aol является стандартным, но отклик 1 / β имеет нежелательный ноль, что снижает фазу усиления контура. Результаты схемы 2 показывают ровный 1 / β, но у Aol есть дополнительный полюс, который уменьшает фазу усиления контура.Обе схемы имеют частоту замыкания 40 дБ / декаду между ответами Aol и 1 / β, что является признаком первого порядка того, что схема будет иметь проблемы со стабильностью. Проблемы в 1 / β возникают из-за взаимодействий между компонентами в сети обратной связи; схемы компенсации должны учитывать это взаимодействие. Проблемы в Aol возникают из-за взаимодействия с выходным сопротивлением усилителя и нагрузками схемы, чаще всего емкостными.

Рисунок 4

Построение Aol и 1 / β позволяет определить причину проблемы со стабильностью

Результаты на рисунке 4 позволяют определить, что добавление конденсатора параллельно резистору обратной связи будет компенсировать цепь 1.Вы также можете стабилизировать схему 1, уменьшив сопротивление резисторов обратной связи или выбрав усилитель с меньшей полосой пропускания. Увеличение сопротивления между выходом и емкостью нагрузки скомпенсирует схему 2. Уменьшение емкости нагрузки или выбор усилителя с более низким выходным импедансом разомкнутого контура и, следовательно, лучший привод емкостной нагрузки также помогли бы решить проблемы стабильности в схеме 2. Компенсированная схемы показаны на рисунке 5. Компенсация, использованная в этом примере, не обязательно была оптимизирована для конкретной цели (полоса пропускания, шум и т. д.)), кроме стабильности. Чтобы узнать больше о выборе и разработке методов компенсации, см. Видео о стабильности операционных усилителей TI Precision Labs.

Рисунок 5

Обновленные схемы с компенсацией

Анализ устойчивости контура для двух обновленных схем на рисунке 6 показывает, что ноль в 1 / β в контуре 1 был отменен полюсом, а полюс в Aol контура 2 был компенсирован добавленным нулем.Обе схемы теперь имеют высокий запас по фазе, что подтверждает успешность компенсации.

Рисунок 6

Переходная характеристика на скачок для двух цепей

На рисунке 7 показаны переходные характеристики двух скомпенсированных цепей. Компенсированные схемы имеют переходные характеристики без больших выбросов и звона.

Рисунок 7

Переходная характеристика на скачок для двух цепей

Я надеюсь, что демонстрация того, как две схемы могут иметь две разные проблемы со стабильностью, но идентичные отклики на усиление контура, подчеркивает преимущества выполнения анализа стабильности Aol и скорости замыкания 1 / β для определения причины проблемы со стабильностью.Моя следующая статья «Основы сигнальной цепи» будет охватывать более подробную информацию о методе моделирования, используемом для создания этих кривых, и о том, как он дает результаты, которые соответствуют результатам других методов моделирования устойчивости, которые я часто рекомендую.

Ссылки

Джеральд Грэм книги:

Содержание TI.com:

Концепции

PLL – Genesys 2010

Базовый цикл

Здесь приводится базовая схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).Фаза сигнала ГУН с частотой, деленной на N, сравнивается с опорным сигналом в фазо-частотном детекторе, который выдает сигнал, пропорциональный фазовой ошибке. Контурный фильтр интегрирует этот сигнал ошибки, и результирующее напряжение управляет ГУН и пытается поддерживать нулевую фазовую ошибку.

Это классическая система управления, максимальная производительность которой требует тщательного проектирования каждой части системы. Обратная связь создает возможность колебаний контура, если усиление и фазовый сдвиг контура управления не управляются должным образом.Даже если контур не колеблется, плохая работа может привести к неправильному управлению усилением и фазой. Математическая трактовка компонентов ФАПЧ и полученной в результате системы описана в одной из первых и популярных книг, которые теперь доступны во втором издании: Флойд М. Гарднер «Методы фазовой синхронизации». В библиографии перечислены другие книги.

Частотная область

Графики частотной области

PLL вычисляются из передаточных функций s-плоскости, которые моделируют различные компоненты контура.«s» – частотная переменная, равная jw . Графики частотной области выполняются очень быстро, в основном в реальном времени. Они также обеспечивают критическое понимание конструкции и характеристик систем ФАПЧ.

Передаточная функция в s-плоскости ГУН:

кв / с

где Kv – постоянная усиления или чувствительность настройки ГУН в герцах / вольтах. «1 / с» является результатом преобразования частоты ГУН в фазу. Передаточная функция фазового детектора в s-плоскости составляет

Kd

Это константа, поэтому термин «s» отсутствует.Передаточная функция в s-плоскости контурного фильтра или интегратора равна

.

Ф (с)

– многочлен от «s».

Классическая теория ФАПЧ предполагает, что вход делителя для суммирования фазы инвертирован. Более новые PFD подкачки заряда инвертируют, и поэтому Kd отрицателен. Старые модели PFD с импульсным напряжением не инвертируют, и для них требуется инвертирующий контурный фильтр, а значение F (s) отрицательное. В любом случае KdF (s) отрицателен при s = 0.

Отклик разомкнутого контура

Отклик разомкнутого контура ФАПЧ определяется как фаза на выходе делителя по фазе на опорном входе фазового детектора.

Популярный метод просмотра отклика разомкнутого контура – это отображение величины и угла этой передаточной функции в зависимости от логарифмической частоты, графика Боде.

На этом рисунке показан отклик системы ФАПЧ без обратной связи с контурным фильтром с постоянным усилением (без полюсов). В этом случае коэффициент усиления контура (OL Mag) пересекает единицу на частоте 1000 Гц. Это полоса пропускания петли. Коэффициент усиления разомкнутого контура уменьшается с частотой на 20 дБ / декаду, потому что ГУН вводит «1 / с».Угол отклика (OL Ang) не равен 0 ° в полосе пропускания контура, и контур не будет колебаться.

Без полюса в фильтре контура, это контур первого порядка (ГУН добавляет один полюс). Хотя этот контур стабилен, импульсы фазового детектора плохо фильтруются, и ГУН имеет высокие уровни опорных боковых полос. На следующем рисунке показан отклик Боде без обратной связи ФАПЧ 4-го порядка с использованием 3-полюсного петлевого фильтра, показанного ниже. Как обсуждалось ранее, мы предполагаем, что фазовый детектор или фильтр инвертирует выходной сигнал делителя.Следовательно, запас по фазе на единичной частоте кроссовера 1000 Гц составляет 180–130 °, или 50 °. Величина отклика Боде составляет -17,5 дБ на частоте 4074 кГц, где угол равен нулю градусов. Мы бы сказали, что запас по усилению составляет 17,5 дБ.

Обратите внимание, что крутизна характеристики величины круче в петле 4-го порядка. На опорных частотах выше, чем ширина полосы контура, усиление контура ниже, чем у контура первого порядка, и опорные боковые полосы на выходе ГУН будут ниже по уровню.

Ответ замкнутого контура

Замкнутый контур ФАПЧ представляет собой выходную фазу по входной фазе с замкнутым контуром, то есть выход делителя управляет вторым портом фазового детектора. Иногда ее называют передаточной функцией фазы или просто передаточной функцией контура. Ответ замкнутого контура:

Реакция Боде с обратной связью для контура 4-го порядка приведена ниже. Внутри полосы пропускания контура коэффициент усиления передаточной функции высок, и изменение фазы опорного генератора передается на изменения фазы в ГУН.Фазовые изменения с высокочастотными спектральными компонентами, выходящими далеко за пределы полосы пропускания контура, где коэффициент усиления передаточной функции ниже, плохо отслеживаются ГУН. Например, характеристики фазового шума на выходе ФАПЧ (ГУН) связаны с характеристиками фазового шума опорного генератора на низких спектральных частотах, но связаны с внутренним шумом ГУН и шумом на линии управления с ГУН в основной полосе частот. частоты намного выше полосы пропускания петли.

Ответ об ошибке

Это функция передачи фазы от входа контура (эталона) к выходу фазового детектора.

Отклик цепи ошибок ФАПЧ показан ниже. Ошибка невысока для спектральных составляющих в пределах полосы пропускания контура. Контур не отслеживает спектральные составляющие входной фазы, значительно превышающие ширину полосы контура, а фазовая ошибка на выходе фазового детектора отслеживает входную фазу.

Временная область

Так же, как частотная область является важным инструментом для проектирования и определения характеристик ФАПЧ, временная область используется для характеристики синхронного и переходного поведения ФАПЧ.

Механизм временной области в системе ФАПЧ работает как симулятор системы. Каждый компонент в контуре моделируется как односторонний блок, в котором выходной сигнал связан исключительно с входами. Выходные данные компонента не влияют на входные данные этого компонента. Двигатель запускается с нулевым начальным напряжением. Для каждого временного шага входные данные используются для расчета выходов, которые затем служат в качестве будущих входов. Этот процесс распространяется по сети, создавая временную картину напряжений в каждом узле.Каждый выход задерживается на один временной шаг от входа.

Поскольку точные модели используются в ФАПЧ для каждого компонента в контуре, моделирование характеризует ФАПЧ более полно, чем аналитические выражения или преобразования частотной области. Например, поведение микросхем фазо-частотного детектора моделируется на уровне импульсов, и после фильтрации контурным интегратором наблюдаемые пульсации являются фактическими представлениями возбуждения для ГУН.

Поскольку ширина импульсов фазового детектора может быть намного меньше опорного периода, требуется небольшой временной шаг для точного определения характеристик системы.Низкая пропускная способность петли может потребовать значительного времени для блокировки. Комбинированное требование длительного времени наблюдения и коротких временных шагов требует большого количества точек выборки. PLL использует ряд уникальных методов для ускорения процесса моделирования. Модели были тщательно оптимизированы для повышения числовой эффективности. Некоторые компоненты, такие как опорный генератор, имеют выход, независимый от входа для всех временных шагов. В результате система ФАПЧ эффективно справляется с моделированием, требующим более 100 000 шагов.

Изучаемая нами система ФАПЧ представляет собой контур 4-го порядка с полосой пропускания 1 кГц. Эта система ФАПЧ используется в качестве синтезатора частот, который настраивается от 39 до 69 МГц с шагом 100 кГц. Опорная частота равна размеру шага 100 кГц. Следовательно, N изменяется от 390 до 690.

Выходное напряжение интегратора

Ниже представлено напряжение на выходе интегратора во временной области. Ответ сначала показывает начальный процесс блокировки, начинающийся при t = 0 с нулевым напряжением на всех компонентах.Время развертки Tmax составляет 12 мс, или 1,2 мс на деление. Цикл стабилизировался примерно за 3,6 мс. Система ФАПЧ получила команду переключиться с N = 390 на 450 при t = 5 мс, а для установки системы ФАПЧ требуется примерно 2,5 мс. Возврат к N = 390 происходит при t = 10 мс.

Непериодическая кривая сигнала ниже – это выходной сигнал интегратора, увеличенный до временного интервала 0,23 мс, начиная с 4,986 мс, непосредственно перед переключением с N = 390 на 450. Прямоугольный сигнал является выходом делителя, а синусоида – опорным генератором. .

До t = 5 мс фаза задания и выход делителя выровнены (маркер 1). При t = 5 + мс (маркер 2) выход делителя изменяется, и выходное напряжение интегратора начинает расти. Полоса пропускания контура ограничивает скорость изменения, и задолго до того, как фазовая ошибка вернется к нулю, фаза опорного генератора и выход делителя моментально выравниваются (маркер 3), даже если частоты неравны. Это приводит к тому, что выход интегратора на мгновение перестает увеличиваться, вызывая эффект волнистости во время перехода на новую частоту захвата, что очевидно на первом рисунке выше.

Порядок петли

Постоянная частота ГУН естественным образом заставляет фазу вращаться со временем, создавая полюс (1 / с) в s-области. Следовательно, контурный фильтр без полюса (постоянное усиление) приводит к схеме ФАПЧ с одним полюсом, контуром первого порядка. Этот контур обычно не используется в цифровых ФАПЧ, потому что сигнал ошибки фазового детектора состоит из импульсов, которые, будучи нефильтрованными, будут модулировать высокоуровневые боковые полосы опорной частоты на ГУН.

Показанный выше контурный интегратор дает ФАПЧ с 2 полюсами и улучшенным подавлением опорной боковой полосы.Тем не менее, подавление боковой полосы будет меньше, чем у петли четвертого порядка. Сравните привод контура четвертого порядка, показанный выше, и привод ГУН контура второго порядка, указанный ниже, в течение первых 2 мс. Видно, что импульсы ошибки фазового детектора частично проходят через контурный фильтр.

Сравните интегратор предыдущего контура четвертого порядка с интегратором контура второго порядка здесь. Петля четвертого порядка требует всего 4 дополнительных конденсатора и двух дополнительных резисторов и обеспечивает значительно улучшенное подавление боковой полосы.Исторически популярными были петли второго и третьего порядка. Учитывая способность ФАПЧ синтезировать и тщательно анализировать ФАПЧ, использование контуров более высокого порядка показано, когда требуется хорошее подавление боковой полосы.

Дальнейшее улучшение подавления боковой полосы достигается за счет добавления фильтра между контурным интегратором и ГУН. На рисунке выше показаны напряжения после интегратора и после дополнительного фильтра нижних частот Баттерворта третьего порядка с частотой отсечки 10 кГц.Выбранная частота среза геометрически находится на полпути между полосой пропускания контура 1 кГц и опорной частотой 100 кГц.

На этом рисунке показаны амплитуда Боде разомкнутого контура в частотной области и угол петли четвертого порядка, каскадированной с фильтром нижних частот Баттерворта третьего порядка с отсечкой 10 кГц. Отклик контура четвертого порядка снизился примерно на -118 дБ на опорной частоте 250 кГц. После добавления фильтра нижних частот Баттерворта третьего порядка, контур понижается на -202 дБ, что, таким образом, обеспечивает почти 84 дБ дополнительного подавления боковой полосы.

Стабильность

Дополнительное подавление боковой полосы добавленными фильтрами более высокого порядка достигается за счет затрат – дополнительного фазового сдвига на частоте кроссовера. Сравните запас по фазе контуров четвертого порядка с фильтром нижних частот Баттерворта третьего порядка и без него. Запас по фазе у петли без посторонней помощи составляет 50 °, а у петли с фильтром нижних частот Баттерворта – 38,5 °.

Как запас по фазе влияет на стабильность контура и как определяется стабильность контура? На рисунке слева вверху показан отклик с обратной связью ФАПЧ третьего порядка с полосой пропускания контура 1000 Гц и запасами по фазе 30, 45 и 60 °.Вертикальная шкала составляет 1 дБ на деление, а шкала горизонтальной частоты колеблется от 10 до 10000 Гц.

Уменьшение запаса по фазе приводит к большему пику в ответе замкнутого контура. Без фазового пика пик бесконечен, и возникают колебания. Пик в ответе с обратной связью имитируется пиком в цепи ошибок ФАПЧ и однополосным фазовым шумом.

На рисунке справа вверху показаны характеристики привода ГУН во временной области, которые являются результатом скачкообразного изменения N контура третьего порядка с запасами по фазе 30, 45 и 60 °.Более низкие поля по фазе вызывают звон.

Дополнительный контурный фильтр вводит дополнительный фазовый сдвиг. Фазовый сдвиг фильтра Баттерворта на частоте среза в 45 ° раз больше порядка. Например, Баттерворт третьего порядка вводит 135 ° фазы на частоте среза, но ноль градусов на постоянном токе. Если частота среза добавленного фильтра в несколько раз превышает частоту кроссовера с единичным усилением контура (полоса пропускания контура), то дополнительная фаза может быть допустимой.

Увеличение частоты среза добавленного фильтра для уменьшения фазового сдвига приближает срезку к опорной частоте и уменьшает подавление боковой полосы.Оптимальный порядок фильтров и размещение частоты среза добавленного контурного фильтра являются функцией необходимого дополнительного подавления боковой полосы.

Баттерворт
N = 1

Баттерворт
N = 3

Баттерворт
N = 5

Чебышев
N = 5

Кауэр
N = 3

Кауэр
N = 5

Fc / FBW

3.73

7,63

12,4

13,4

6,00

11,4

10 дБ

11,2

11,1

15,4

17,2

10,8

13,7

20 дБ

37,1

16.4

19,6

20,2

15,0

15,3

30 дБ

118

24,1

24,7

24,4

20,2

16,8

40 дБ

296

35,5

31.1

29,7

25,9

18,2

50 дБ

1179

52,0

39,2

36,7

30,7

19,2

60 дБ

3731

76,3

49,3

45.6

70 дБ

11802

112

62,0

56,9

80 дБ

37313

164

78,1

71,4

90 дБ

241

98.3

89,4

100 дБ

354

124

112

В этой таблице приведены отношения опорной частоты к частоте, при которой фазовый сдвиг составляет 15 ° для шести типичных типов фильтров нижних частот.Строка, обозначенная Fc над FBW, представляет собой частоту среза, нормированную на полосу пропускания контура, частоту, на которой мы хотим удерживать фазовый сдвиг равным 15 °. Например, при добавлении в контур фильтра Баттерворта пятого порядка, чтобы удерживать фазовый сдвиг в полосе пропускания контура на уровне 15 °, отсечка должна быть в 12,4 раза больше ширины полосы контура. Установка более высокой частоты среза фильтра улучшает запас по фазе, но снижает подавление боковой полосы.

Первые номера столбцов представляют собой желаемое дополнительное подавление опорной боковой полосы фильтра, а строки со 2 по 11 представляют собой требуемые отношения опорной частоты к полосе пропускания контура.Небольшие отношения желательны, потому что для данной опорной частоты более высокая полоса пропускания контура приводит к быстрому времени захвата и, как правило, к улучшению фазового шума. Например, если требуется дополнительное подавление 30 дБ, из перечисленных фильтров Кауэра-Чебышева пятого порядка допускает наименьшее отношение.

Обратите внимание на строку с меткой 15 °, что при увеличении порядка добавления фильтра необходимо увеличить частоту среза, чтобы сохранить фазовый сдвиг в полосе пропускания контура до 15 ° или меньше.Также обратите внимание на всеполюсные фильтры, что меньшие отношения не всегда достигаются с более высоким порядком. Существует оптимальный порядок, который увеличивается с увеличением требований к подавлению боковой полосы.

Шум

Фазовый шум

PLL вычисляет фазовый шум SSB контура фазовой автоподстройки частоты, используя методы, которые учитывают влияние практически каждого компонента контура вплоть до резисторов в фильтре контура. Эти данные затем отображаются в формате, который позволяет легко идентифицировать наиболее опасные блоки в ФАПЧ.

Фазовый шум опорного генератора и ГУН вычисляется на основе введенных пользователем параметров, таких как загруженная добротность, коэффициент шума усилителя и т. Д., Или фазовый шум генераторов может быть введен в зависимости от частоты смещения. Фазовый шум фазового детектора и делителя вводится как минимальный уровень фазового шума. Шумовой вклад петлевого фильтра автоматически рассчитывается системой ФАПЧ на основе параметров операционного усилителя и шума Найквиста (теплового) в резисторах петлевого фильтра.

Шум генератора

Шум опорного генератора можно ввести в зависимости от частоты смещения в простом списке, содержащем до десяти точек смещения частоты.Между этими частотными точками интерполируется шум. В качестве альтернативы вы можете ввести параметры генератора, которые затем будут использоваться системой ФАПЧ для вычисления фазового шума SSB из уравнения Лисона. Лисон рассматривал генератор как каскад усилителя с резонатором в цепи обратной связи. Получившееся относительно простое выражение представляет собой элегантный метод прогнозирования характеристик фазового шума генератора. Подробные процедуры проектирования генератора и определения задействованных параметров приведены в документе «Проектирование осциллятора и компьютерное моделирование» .Однополосный фазовый шум генератора по Лисону составляет:

где:

fo = Несущая частота (Гц)
Ql = Загруженная Q
fm = Модуляция, основная полоса, частоты смещения (Гц)
fc = Угол мерцания активного устройства (Гц)
F = коэффициент шума усилителя
k = Константа Больцмана
T = Температура (Кельвин)
Ps = Выходная мощность (Вт)

Обратите внимание, что шумовые характеристики SSB улучшаются пропорционально квадрату загруженной добротности, но только линейно с уменьшением коэффициента шума усилителя.Повышенная выходная мощность также улучшает шумовые характеристики. Удивительно, но поскольку разница в коэффициенте шума типичного и современного усилителя составляет всего несколько децибел, коэффициент шума усилителя является относительно неважным фактором в шумовых характеристиках генератора. Выходная мощность и особенно нагруженная добротность являются наиболее важными факторами, влияющими на шумовые характеристики генератора.

Выше приведен фазовый шум SSB генератора с fo = 100 МГц, Ql = 500, fc = 1000 Гц, F = 5 дБ и Ps = 0 дБм.Полоса пропускания резонатора по половинной мощности fo / 2Ql составляет 1E8 / 2 * 500 или 100 кГц. Обратите внимание, что на этой частоте смещения фазовый шум SSB начинает расти со скоростью 20 дБ за декаду по мере приближения к несущей частоте. На частотах смещения, намного превышающих ширину полосы половинной мощности (маркер номер 4), фазовый шум просто равен FkT / Ps. В формате децибел это:

L (fm) (дБн / Гц) = -177 + F (дБ) – Ps (дБм)

Постоянный коэффициент -177, а не привычный -174, потому что он равен 1/2 кТл.Половина общей мощности шума приходится на другую боковую полосу.

На частотах смещения менее fc шум увеличивается на дополнительные 10 дБ за декаду по мере приближения к несущей.

Шум делителя и фазового детектора

Вклад фазового шума SSB от цифровых делителей и фазового детектора определяется в системе ФАПЧ как минимальный уровень шума в дБн / Гц.

Crawford собрал данные о фазовом шуме из ряда источников для цифровых делителей. Имеются некоторые расхождения в данных, но следующие приближения служат отправной точкой.В целом шум относительно плоский на частотах смещения более 1 кГц и возрастает менее чем на 10 дБ за декаду ближе к несущей. Типичные значения выше 1 кГц находятся в диапазоне от -145 до -165 дБн / Гц для кремниевых устройств и на 20 дБ хуже для устройств с GaAs. Плохие характеристики устройств на основе GaAs снижаются при частотах смещения более 100 кГц.

Минимальный уровень шума современных фазо-частотных детекторов и зарядных насосов обычно находится в диапазоне от -150 до -157 дБн / Гц. Минимальный уровень шума смесителей с двойной балансировкой выше, обычно от -170 до -180 дБн / Гц.К сожалению, эти фазовые детекторы не имеют диапазона захвата и отслеживания фазовых / частотных детекторов.

Петлевой фильтр (интегратор) Шум

Шум от контурного фильтра включает вклады от напряжения термически индуцированного шума в каждом резисторе и от источников шума в операционном усилителе.

Среднеквадратичное значение напряжения теплового шума, генерируемого в полосе пропускания в один герц в резисторе (шум Найквиста), составляет:

Vn = sqrt (4kTR)

Даже резистор в пассивном фильтре после фазового детектора с накачкой заряда может сильно повлиять на шумовые характеристики системы ФАПЧ, особенно при больших значениях R.Когда используется активный контурный фильтр, каждый из резисторов вносит свой вклад в общий шум системы ФАПЧ. Напряжение, развиваемое на каждом резисторе, умножается на передаточную функцию от этого резистора к напряжению возбуждения ГУН. Кроме того, входное напряжение шума и ток шума операционного усилителя передаются на модуляцию шума на ГУН. PLL автоматически вычисляет эти вклады.

Действие петли по общему шуму

Выше показаны общий фазовый шум ФАПЧ в SSB, вклад в этот шум ГУН и вклад в общий шум от минимального уровня шума делителя -157 дБн / Гц.В этом примере используется ГУН 100 МГц, делитель N = 100 и пассивный контурный фильтр 3-го порядка. Минимальный уровень шума делителя -157 дБн / Гц относится к фазовому детектору с опорной частотой 1 МГц. Вклад фазового шума на выходе системы ФАПЧ на частоте 100 МГц на 20log (N) хуже, -157 дБн / Гц + 40 дБ = -117 дБн / Гц. Фазовый шум ГУН составляет -117 дБн / Гц при приблизительно 350 Гц. ФАПЧ была разработана с полосой пропускания контура, равной 350 Гц. Это общая рекомендация для “оптимальных” характеристик фазового шума.Однако более низкая полоса пропускания контура обычно улучшает фазовый шум при смещениях, превышающих полоса пропускания контура, а более высокая полоса пропускания контура улучшает фазовый шум вблизи и внутри полосы пропускания контура.

Верхняя пунктирная кривая выше – это общий фазовый шум ФАПЧ в SSB. Для иллюстрации, все вклады в шум системы ФАПЧ, кроме ГУН и делителя, были исключены.

Сплошная кривая выше – это вклад ГУН в общий фазовый шум ФАПЧ. Обратите внимание, что действие контура было эффективно уменьшить фазовый шум от ГУН внутри полосы пропускания контура.Исходный отклик фазового шума ГУН эффективно умножается на отклик замкнутого контура ошибок ФАПЧ.

Кривая штрих-точка-точка выше – это вклад минимального уровня фазового шума делителя в общий фазовый шум ФАПЧ. Внутри полосы пропускания он становится доминирующим источником шума. Если бы не действие ФАПЧ, эта кривая была бы плоской на уровне -117 дБн / Гц. За пределами полосы пропускания петли петля не может модулировать этот шум на ГУН, и его вклад уменьшается. На высоких частотах смещения ГУН становится доминирующим источником шума.Источники шума делителя и ГУН не коррелированы и объединяются по мощности. Ухудшение на 3,01 дБ связано с одинаковыми источниками шума, такими как маркер 2. Обратите внимание на пиковый вклад фазового шума системы ФАПЧ от делителя. Это связано с обострением замкнутого контура и контура ошибки. Чрезмерный пик фазового шума указывает на предельную стабильность контура.

Общий шум PLL

Здесь показан полный анализ фазового шума ФАПЧ с использованием предыдущего ГУН.ГУН и делитель указаны, как и раньше. Необычная загруженная добротность 500 для ГУН 100 МГц была выбрана для иллюстрации отношения фазового шума компонентов контура к общему фазовому шуму системы ФАПЧ. Нагруженная добротность 500 на частоте 100 МГц потребует чрезвычайно большого резонатора. Типичные ГУН с широкой настройкой на УКВ через микроволновые частоты имеют загруженные добротности менее 10, часто даже до 3. Тщательно разработанные узкие настраиваемые генераторы L-C могут достигать загруженных добротностей более 50, но это не типично. Однако опорные генераторы на кварцевом кристалле обычно достигают загруженной добротности 50 000 и выше.

Другие параметры, используемые при анализе шума:

Опорный осциллятор
Частота = 1 МГц
Pout = 3 дБм
Нагрузка Q = 40000
Угол мерцания = 1000 Гц
Коэффициент шума = 10 дБ

Фазовый детектор (накачка заряда)
Ток PFD = 0,002 А
Уровень шума = -155 дБн / Гц

Петлевой фильтр
Фильтр = пассивный 3-го порядка
Полоса пропускания петли = 350 Гц
Запас по фазе = 60 градусов
C1 = 1e-6 фарад
R1 = 30.6 Ом
C2 = 3e-5 фарад

При смещении 10 Гц основным источником фазового шума ФАПЧ является опорный генератор. Примерно на частоте 50 Гц опорный сигнал, фазовый детектор и делитель вносят равный вклад в общий фазовый шум SSB, составляющий -110 дБн / Гц. На более высоких частотах смещения основной вклад вносит интегратор. Поскольку в этом примере используется пассивный цикл 3-го порядка, это шум Найквиста в R1.

На частотах смещения выше 30 кГц основной вклад вносит ГУН.Поскольку шум интегратора, фазового детектора и делителя вносятся через напряжение возбуждения ГУН, для уменьшения фазового шума можно использовать дополнительный фильтр после интегратора контура. Помните, что для поддержания стабильности контура дополнительный контурный фильтр должен иметь отсечку, значительно превышающую полосу пропускания контура. Кроме того, этот дополнительный контурный фильтр не будет уменьшать фазовый шум на частотах смещения, где преобладает шум ГУН.

Ниже приведены характеристики фазового шума SSB предыдущей системы ФАПЧ с 0.Пульсация полосы пропускания 1 дБ, минус 26 дБ, эллиптический фильтр нижних частот 3-го порядка с частотой среза 2,1 кГц. Этот фильтр существенно снижает шум интегратора, фазового детектора и делителя выше примерно 3 кГц, так что ГУН ограничивает характеристики фазового шума SSB.

Остаточный шум ЧМ и ПМ

Если немодулированный генератор демодулируется по фазе, результирующее выходное напряжение является остаточной фазовой модуляцией, возникающей из-за фазового шума на несущей. Иногда это называют случайной фазовой модуляцией.Демодулированный сигнал основной полосы частот важен только в ограниченном частотном диапазоне. Например, типичные частоты основной полосы частот для голосовой связи составляют от 50 до 3000 Гц, для доплеровского радара – от 1 Гц до 10 МГц, а для навигационных систем – от субгерц до 10 Гц.

Остаточная PM может быть найдена путем интегрирования фазового шума SSB по интересующему диапазону частот основной полосы частот. Площадь среднеквадратичной остаточной PM составляет

Аналогично для среднеквадратичного остатка FM

Остаточные PM и FM относятся к окончательному серийному номеру системы.Если среднеквадратичное отклонение полезного сигнала составляет, то

Помимо непосредственного отношения к характеристикам системы, остаточные ФМ и ЧМ легче измерить, чем фазовый шум SSB, с использованием менее дорогих приборов. Так почему же фазовый шум генератора и ФАПЧ обычно определяется как фазовый шум SSB? Поскольку остатки могут быть найдены из фазового шума SSB, обратное неверно без предположения крутизны фазового шума SSB в зависимости от частоты смещения.

PLL вычисляет среднеквадратичные остаточные PM и FM путем интегрирования фазового шума SSB в диапазоне частот основной полосы, указанном на вкладке SIM.Результаты представлены в разделе вывода отчета.

Типы петель

Синтезатор частот

Этот тип контура представляет собой просто умножитель частоты, так как его выходная частота равна опорной частоте, умноженной на N. Он также является основой для всех других типов контуров, которые разрабатываются с ФАПЧ.

В синтезаторе частоты с ФАПЧ выходной сигнал ГУН делится на N и сравнивается с опорной частотой. Изменяя N, частота ГУН может быть установлена ​​равной любому желаемому кратному опорному значению, тем самым «синтезируя» желаемый выходной сигнал.В многоканальных приложениях петля разработана с выбираемым N, что позволяет петле фиксироваться на новом канале, просто изменяя N.

Для многоканальных приложений:

  • Опорная частота должна быть выбрана равной желаемому разносу каналов. Например, в контуре синтезатора ЧМ 88–108 МГц эталонная частота должна быть 100 кГц (распределение станций каждые 200 кГц, но происходит с нечетными кратными 100 кГц). В этом случае N должно изменяться от 880 до 1080, чтобы обеспечить необходимый диапазон настройки.
  • Подсказка Divider N на вкладке PD / ÷ должна быть выбрана посередине между желаемым минимумом и максимумом. Для упомянутого выше синтезатора FM это приглашение следует выбрать около 980.

Частотный модулятор

Частотный модулятор формируется путем суммирования напряжений на входе ГУН. Это непосредственно модулирует ГУН, создавая характеристику ЧМ на выходной частоте ФАПЧ.

Для многоканальных приложений:

  • Опорная частота должна быть выбрана равной желаемому разносу каналов.Например, в контуре синтезатора ЧМ 88–108 МГц эталонная частота должна быть 100 кГц (распределение станций каждые 200 кГц, но происходит с нечетными кратными 100 кГц). В этом случае N должно изменяться от 880 до 1080, чтобы обеспечить необходимый диапазон настройки.
  • Подсказка Divider N на вкладке PD / ÷ должна быть выбрана посередине между желаемым минимумом и максимумом. Для упомянутого выше синтезатора FM это приглашение следует выбрать около 980.

    Примечание

    N может быть выбрано на некотором значении, отличном от среднего, но имейте в виду, что стабильность контура трудно поддерживать при больших вариациях N.

  • Самая низкая частота модулирующего сигнала должна быть выше полосы пропускания контура, чтобы контур не исправлял желаемую ошибку частоты.
  • Амплитуда модулирующего сигнала определяет размах частоты ГУН. Однако амплитуда сигнала должна быть достаточно малой, чтобы контур мог поддерживать синхронизацию во время модуляции. Эта максимальная амплитуда полностью определяется конструкцией контура, и для ее определения может потребоваться некоторое моделирование.

Демодулятор частоты

Контуры частотного демодулятора принимают модулированный опорный сигнал и выдают выходной сигнал, пропорциональный девиации опорной частоты.

Этот тип петли формируется путем получения выходного сигнала от входа VCO.

Советы по дизайну:

  • Наивысшая частота сигнала, модулирующего опорный сигнал, должна быть ниже ширины полосы контура, поскольку интегратор обеспечивает эффект фильтрации нижних частот.
  • Выход VCO обычно не представляет интереса в шлейфе этого типа. Чтобы уменьшить общий фазовый шум, делитель можно полностью удалить, или петлю можно спроектировать с малым N.

Фазовый модулятор

Петлю фазового модулятора можно сформировать двумя способами:

  1. Суммируя напряжение на выходе фазового детектора.
  2. Суммируя производную сигнала модуляции на входе VCO.

PLL использует второй подход, поскольку детекторы дифференциальной фазы исключают суммирование одиночного напряжения на выходе детектора без добавления сложности.

Дифференциатор, используемый в системе ФАПЧ, представляет собой LC фильтр верхних частот первого порядка с отсечкой в ​​полосе пропускания контура.

Советы по дизайну:

  • Чтобы контур не исправлял желаемую фазовую ошибку, самая низкая частота сигнала модуляции должна быть выше ширины полосы контура.
  • При выборе частоты сигнала модуляции, чем выше, тем лучше. Однако эта частота должна быть ниже полосы пропускания VCO RC. В противном случае ГУН будет вести себя как фильтр нижних частот и ослаблять модулирующий сигнал.

Примечание

Полоса пропускания ГУН может быть в небольшой степени преодолена за счет увеличения амплитуды модулирующего сигнала, но имейте в виду, что большинство контуров может быть не в состоянии захватить или поддерживать синхронизацию при больших колебаниях сигнала на входе ГУН.

Фазовый демодулятор

Контуры фазового демодулятора принимают модулированный опорный сигнал и выдают выходной сигнал, пропорциональный опорному отклонению фазы.

Цикл фазового демодулятора может быть сформирован двумя способами:

  1. Снимая напряжение на выходе фазового детектора.
  2. Взяв интеграл от входа VCO.

PLL использует первый подход. Когда используется фазо-частотный детектор, в систему ФАПЧ вставляется дифференциальный усилитель для создания одиночного выходного напряжения с двойных выходов.

Советы по дизайну:

  • Чтобы контур не исправлял желаемую фазовую ошибку, самая низкая частота сигнала, которая модулирует опорный сигнал, должна быть выше ширины полосы контура.
  • Выход VCO обычно не представляет интереса в шлейфе этого типа. Чтобы уменьшить общий фазовый шум, делитель можно полностью удалить, или петлю можно спроектировать с малым N.

Проблемы конструкции и анализ производительности повышающих преобразователей CCM с уменьшением нуля RHP с помощью измерения тока индуктора

Переходная характеристика нагрузки

Переходная характеристика нагрузки определяется выходным сопротивлением замкнутого контура, \ (Z _ {{{\ text {out }}}} \ left (s \ right) \).Это можно вычислить из блок-схемы схемы, показанной на рис. 5. Блок-схема показана на рис. 6, где \ (\ tilde {v} _ {g} \) представляет изменение входного напряжения, \ (\ тильда {I} _ {{{\ text {load}}}} \) представляет собой вариант тока нагрузки, \ (G _ {{\ text {C}}} \ left (s \ right) \) – компенсатор передаточная функция и \ (R _ {{\ text {T}}} \ left (s \ right) = \ frac {{sR _ {{\ text {T}}} / \ omega _ {{{\ text {lp}}) }}}} {{\ left ({1 + s / \ omega _ {{{\ text {lp}}}}} \ right)}} \) – это трансимпеданс с фильтром верхних частот \ (R _ {{\ text { T}}} \).{2}}} + \ frac {s} {{\ omega_ {0} Q}} + 1} \ right)}}}} {{1 – G _ {{\ text {L}}} \ left (s \ right)}} = Z _ {{{\ text {out}} _ {1}}} \ left (s \ right) + Z _ {{{\ text {out}} _ {2}}} \ left (s \ справа), $$

(13)

Рис. 6

Блок-схема предлагаемого повышающего преобразователя

где усиление контура \ (G _ {{\ text {L}}} \ left (s \ right) \) должно быть заменено на усиление контура из (4) или (7) в зависимости от типа принятой конструкции. {2}}} + \ frac {s} {{\ omega_ {0} Q}} + 1} \ right)}}}} {{1 – G _ {{{\ text { L}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} \ left (s \ right)}}.$

(14)

Обратите внимание, что выражение \ (Z _ {{{\ text {out}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} \) похоже на выражение первого член \ (Z _ {{{\ text {out}}}} \), с усилением контура \ (G _ {{\ text {L}}} \ left (s \ right) \), являющимся единственной разницей. Чтобы оценить влияние нулевого снижения RHP на переходную характеристику нагрузки, переходная характеристика, полученная из (13), сравнивается с полученной из (14). Для простоты изменение пикового выходного напряжения \ ({\ Delta} V _ {{{\ text {out}}}} \), вызванное изменением ступенчатого тока \ ({\ Delta} I _ {{{\ text { load}}}} \).{\ prime} G _ {{{\ text {C}} 0 _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} V _ {{{\ text {out}}}}}} . $$

(15)

Величина усиления компенсатора зависит от целевого перехода через нуль дБ коэффициента усиления контура, который, в свою очередь, зависит от минимальной частоты нуля RHP. {\ prime}} \).{\ prime} \ omega _ {{{\ text {rhp}}}}}}. $$

(16)

Изменение напряжения в (16) необходимо сравнить с соответствующим членом, полученным из (13). Выходной импеданс в (13) включает два члена, первый подобен импедансу замкнутого контура стандартного повышающего преобразователя, а второй генерируется методом подавления нулевого сигнала RHP. Первое слагаемое приводит к \ ({\ Delta} V _ {{{\ text {out}} 1}} \), которое имеет то же выражение, что и в (15).{\ prime}}}. $$

(17)

Этот вклад зависит от отношения входа к выходу, имеет величину, пропорциональную значению трансимпеданса \ (R _ {{\ text {T}}} \) и не зависит от полосы пропускания системы. Объединение (15), (16) и (17) дает:

$$ \ frac {{{\ Delta} V_ {out}}} {{{\ Delta} V _ {{out_ {no – mit}}}} }} = \ frac {{{\ Delta} V _ {{out_ {1}}} + {\ Delta} V _ {{out_ {2}}}}} {{{\ Delta} V _ {{out_ {no – mit }}}}} = \ left ({\ frac {{G _ {{C0_ {no – mit}}}}}} {{G_ {C0}}} + \ frac {{nR_ {T} D ^ {\ prime} \ omega_ {rhp}}} {{L \ omega_ {zl} \ omega_ {zh} \ alpha}}} \ right). {\ prime} 2}}}, $$

(20)

Решение этого неравенства в худшем случае, т.е.е. с \ (V _ {{{\ text {in}}}} = V _ {{\ text {in, max}}} \) и \ (\ alpha \) = 5, дает \ (R _ {{\ text {T }}} \) <30 \ ({\ text {m}} \ Omega \). В отличие от выводов, сделанных в разд. (3) переходные характеристики нагрузки улучшаются при уменьшении \ (R _ {{\ text {T}}} \). В частности, случай (A) обеспечивает значительное улучшение переходных характеристик нагрузки. Между тем, случай (C) имеет характеристики переходного режима нагрузки намного хуже, чем у повышающего преобразователя, ограниченного нулем RHP.

Переходная характеристика линии

Передаточная функция линии получается, начиная с блок-схемы на рис.{2}}} + \ frac {s} {{\ omega_ {0} Q}} + 1} \ right)}}}} {{1 – G _ {{\ text {L}}} \ left (s \ right)}} = T _ {{{\ text {line}} _ {1}}} \ left (s \ right) + T _ {{{\ text {line}} _ {2}}} \ left (s \ справа), $$

(21)

, где усиление контура – это значение, вычисленное в предыдущем разделе. В случае переходной нагрузки (21) включает два вклада. Первый вклад – это стандартная линейная передаточная функция повышающего преобразователя, а второй вклад генерируется методом подавления нулевых помех RHP.{2}}} + \ frac {s} {{\ omega_ {0} Q}} + 1} \ right)}}}} {{1 – G _ {{{\ text {L}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} \ left (s \ right)}}. $$

(22)

Случай переходной нагрузки (22) аналогичен \ (T _ {{{\ text {line}} _ {1}}} \ left (s \ right) \) за исключением коэффициента усиления контура. Чтобы оценить переходные характеристики линии, изменение пикового выходного напряжения, полученное из (21), сравнивается с изменением, заданным в (22). Пиковое изменение выходного напряжения для ступенчатого изменения входного напряжения \ ({\ Delta} V _ {{{\ text {in}}}} \) в случае стандартного повышающего преобразователя без подавления нуля составляет:

$$ {\ Delta} V _ {{{\ text {out}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} = – \ frac {{{\ Delta} V_ { {{\ text {in}}}} n \ omega _ {{{\ text {zh}}}} \ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{V _ {{{\ text {out}) }}} G _ {{{\ text {C}} 0 _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}} {\ Delta} \ omega}} \ left [{- \ left ({\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{\ omega _ {{{\ text {zh}}}}}} \ right) ^ {{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zh}}}}}} {{{\ Delta} \ omega}}}} + \ left ({\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{\ omega _ {{{\ text {zh}}}}}} \ right) ^ {{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}} {{{\ Delta} \ omega}}}}} \ right], $$

(23)

где \ ({\ Delta} \ omega = \ omega _ {{{\ text {zh}}}} – \ omega _ {{{\ text {zl}}}} \).{{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{{\ Delta} \ omega}}}}} \ right]. $$

(24)

Этот результат следует сравнить с пиковым значением напряжения, полученным из (21). Как видно в разд. 5.1, первый член в (21) приводит к вкладу \ ({\ Delta} V _ {{{{\ text {out}} _ {1}}} \), который имеет то же выражение, что и в (23 ), но для значения постоянного тока усиления компенсатора (\ (G _ {{{\ text {C}} 0}} \ gg G _ {{{\ text {C}} 0 _ {{{\ text {no}}} – { \ text {mit}}}}}} \)).{\ prime}}}. $$

(25)

Этот вклад пропорционален установившемуся току нагрузки \ (I _ {{{\ text {load}}}} \) и не зависит от пропускной способности системы. Объединение (23), (24) и (25) дает:

$$ \ frac {{{\ Delta} V _ {{{\ text {out}}}}}}} {{{\ Delta} V _ {{ {\ text {out}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}}}} = \ frac {{{\ Delta} V _ {{{\ text {out}} _ {1}}} + {\ Delta} V _ {{{\ text {out}} _ {2}}}}} {{{\ Delta} V _ {{{\ text {out}} _ {{{\ text {no}} – {\ text {mit}}}}}}} = \ frac {{G _ {{{\ text {C}} 0 _ {{{\ text {no}}} – {\ text {mit }}}}}}}} {{G _ {{{\ text {C}} 0}}}} + \ frac {{nR _ {{\ text {T}}} \ omega _ {{{\ text {zrhp} }}} {\ Delta} \ omega I _ {{{\ text {load}}}}}} {{V _ {{{\ text {in}}}} \ omega _ {{{\ text {zl}}}}} \ omega _ {{{\ text {zh}}}} \ alpha \ left [{- \ left ({\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{\ omega _ {{{ \ text {zh}}}}}}} \ right) ^ {{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zh}}}}}} {{{\ Delta} \ omega}}}} + \ left ({\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {{\ omega _ {{{\ text {zh}}}}}}} \ right) ^ {{\ frac {{ \ omega _ {{{\ text {zl}}}}}} {{{\ Delta} \ omega}}}}} \ right]}}. {{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}} {\ Delta \ omega}}}} \ right] $$

(27)

В соответствии с п.{{\ frac {{\ omega _ {{{\ text {zl}}}}}}} {\ Delta \ omega}}}} \ right]. $$

(28)

В соответствии с выводами, сделанными в разд. 5.1, чем меньше значение \ (R _ {{\ text {T}}} \), тем лучше производительность повышающего преобразователя с нулевым подавлением RHP с точки зрения переходной характеристики линии. Решая (27) с \ (\ alpha \) = 5, получается значение трансимпеданса \ (R _ {{\ text {T}}} \) <115 \ ({\ text {m}} \ Omega \). Это значение больше, чем значения трансимпеданса, рассчитанные для всех трех тематических исследований, что означает, что метод подавления нулевого сопротивления RHP всегда улучшает характеристики переходных процессов в линии по сравнению со стандартным усилением.

ПИД-регулирование и конструкция контура

Введение в конструкцию контура для ПИД-регулирования

Формирование контура – одна из основных методологий, используемых для разработки классических контроллеров, таких как ПИД-регуляторы. При формировании контура структура контроллера и коэффициенты усиления выбираются таким образом, чтобы величина частотной характеристики передаточной функции разомкнутого контура имела определенные характеристики – или конкретную форму.

Эта статья – первая из серии статей, посвященных процессу разработки элементов управления.В нем обсуждается, как форма разомкнутого контура напрямую влияет на характеристики замкнутого контура. В частности, он показывает, как выбрать параметры P, I и D ПИД-регулятора для достижения желаемых откликов открытого и закрытого контура. Частотная характеристика передаточных функций рассматривается с помощью диаграммы Боде.

В этой статье обсуждается конструкция контроллеров непрерывного времени. В сопутствующих статьях обсуждается процесс преобразования контроллеров непрерывного времени в контроллеры дискретного времени, пригодные для реализации на цифровом оборудовании; и вопросы, которые необходимо учитывать при использовании процессоров с фиксированной точкой.

В этой статье обсуждается каждая из следующих тем:

1. Структура контура и контроллера

На рисунке 1 показана стандартная конфигурация обратной связи с обратной связью, рассмотренная в этой статье. Передаточная функция разомкнутого контура рассчитывается как последовательное соединение всех компонентов контура. В этом случае разомкнутый контур равен K × P. Замкнутый контур – это общая реакция ввода-вывода, когда контур обратной связи замкнут. В данном случае это передаточная функция от опорного сигнала ref к выходу y .

Рисунок 1: Стандартная конфигурация обратной связи с обратной связью

В этой статье предполагается, что контроллер имеет стандартную форму ПИД-регулятора:

Для различных моделей установки в следующих разделах обсуждается, как выбрать коэффициенты усиления контроллера pidK p , pidK i и pidK d для обеспечения формы контура, обеспечивающей приемлемые характеристики замкнутого контура. Обратите внимание, что производный член включает в себя фильтр с полюсом на p, , вывод , , чтобы он мог быть реализован.Также обсуждается выбор подходящего значения для отведения p .

2. Пропорциональный срок

Пропорциональный член перемещает амплитуду частотной характеристики разомкнутого контура вверх или вниз и, следовательно, используется для установки частоты разделения разомкнутого контура. Частота кроссовера – это частота, на которой амплитуда имеет усиление, равное 1 (или 0 дБ). Эта частота важна, поскольку она тесно связана с полосой пропускания замкнутого контура.

Рассмотрим на мгновение стандартную конфигурацию обратной связи, показанную на рисунке 1, где управляемая установка представляет собой один интегратор P = 1 / с.Отклик амплитуды разомкнутого контура интегратора имеет постоянный наклон (или спад) -20 дБ / декаду при частоте перехода 1 рад / сек. Это показано на рисунке 2.

Интегратор может быть стабилизирован по усилению. То есть любая обратная связь с постоянным усилением будет действовать как стабилизирующий контроллер, когда контур замкнут. Это постоянное усиление – это просто пропорциональный регулятор. Усиление увеличивает или уменьшает амплитудную характеристику разомкнутого контура, тем самым устанавливая частоту разделения. Для системы, показанной на Рисунке 2, использовалось постоянное усиление 10, таким образом, установив частоту разделения равной 10 рад / сек.Когда контур замкнут, частота перехода – это ширина полосы замкнутого контура. Это также показано на рисунке 2.

В идеальной системе пропорциональное усиление может быть (почти) бесконечно большим, что приведет к бесконечно быстрому, но все же стабильному замкнутому контуру. На практике это не так. Скорее, в игру вступают два практических правила дизайна.

Во-первых, необходимо учитывать частоту дискретизации цифрового оборудования, на котором будет выполняться контроллер. Типичное практическое правило состоит в том, что частота кроссовера должна быть как минимум в 10 раз ниже, чем частота дискретизации контроллера.Концептуально это гарантирует, что контроллер работает с достаточно высокой скоростью, чтобы он мог адекватно обрабатывать изменения в контролируемом сигнале.

Второе практическое правило связано с крутизной частотной характеристики на частоте кроссовера. Если спад амплитудной характеристики разомкнутого контура при переходе можно сделать близким к -20 дБ / декаду, то можно ожидать, что ширина полосы замкнутого контура будет близка к частоте перехода. Обратите внимание, что интегральный и производный члены, а не только пропорциональный член, используются для управления крутизной при пересечении.

Рисунок 2. Графики Боде разомкнутого и замкнутого контура для интегратора
3. Интегральный член

Интегральный член используется для обеспечения нулевой установившейся ошибки. Рассмотрим снова стандартную конфигурацию обратной связи, показанную на Рисунке 1, но на этот раз с заводом:

Теперь рассмотрим два контроллера: один – пропорциональный с коэффициентом усиления K 1 = 5; и другой, который представляет собой чисто интегральный контроллер K 2 = 5 / с.Отклик Боде некомпенсированного объекта P и разомкнутых контуров с двумя разными контроллерами, K 1 P и K 2 P, приведены на рисунке 3. Обратите внимание, что интегральный контроллер вынуждает величину разомкнутого контура равняться быть почти бесконечным на очень малых частотах, то есть в установившемся состоянии. Именно этот эффект заставляет замкнутый контур иметь нулевую ошибку установившегося состояния.

Рисунок 3: Графики Боде с использованием Integral Control

Переходные характеристики для двух замкнутых контуров приведены на рисунке 4.Входное задание – это шаг от 0 до 1. Следовательно, для нулевой ошибки установившегося состояния реакция также должна измениться от 0 до 1. Это не относится к K 1 . Так обстоит дело с контроллером К 2 .

Обратите внимание, что даже несмотря на то, что K 1 и K 2 имеют одинаковое значение усиления (5), они приводят к очень разным частотам кроссовера (50 рад / с и 5 рад / с соответственно). В идеале включение интегратора в контроллер не должно влиять на частоту разделения.То есть интегратор должен влиять на отклик контура только на низких частотах. Это должно повысить отклик на низких частотах, но не повлиять на контур на более высоких частотах, включая частоту разделения. Так работает ПИ-регулятор.

Рисунок 4: Переходные характеристики замкнутого контура

Продолжая этот пример, предположим, что требуются как частота перехода 50 рад / с, так и нулевая установившаяся ошибка. Это достигается добавлением нуля к K 2 на некоторой частоте ниже 50 рад / с, таким образом устраняя влияние интегратора на частотах выше выбранной частоты.Типичное практическое правило состоит в том, что эффекты должны удаляться с частотой в 4-5 раз ниже, чем частота кроссовера. К сожалению, это поместило бы ноль прямо над полюсом установки (при 10 рад / с), что привело бы к отмене полюса-нуля. В этом простом примере ноль может быть расположен выше или ниже столба растения. Было выбрано значение 5 рад / с.

Следовательно, подходящий ПИ-регулятор:

Как показано на рисунке 5, этот контроллер формирует контур так же, как интегратор на низкой частоте, и такой же, как постоянное усиление на более высоких частотах, в том числе при кроссовере.Эти характеристики означают, что замкнутый контур имеет нулевую ошибку установившегося состояния и ту же полосу пропускания, что и пропорциональный контроллер. Переходная характеристика замкнутого контура со всеми тремя контроллерами показана на рисунке 6.

Рисунок 5: Графики Боде, включая ПИ-регулятор

Рисунок 6: Отклик на ступеньку, включая ПИ-контроллер
4. Производный термин

Член производной используется для увеличения начальной скорости реакции замкнутого контура. Это достигается за счет того, что скорость изменения сигнала ошибки быстро переходит в управляющий сигнал.То есть, если опорный сигнал изменяется быстро (например, ступенчатое изменение), то управляющий сигнал реагирует быстро.

Однако чисто производный член также позволит шуму распространяться через контроллер и влиять на характеристики замкнутого контура. Следовательно, чисто производный термин никогда не используется на практике. Скорее, он используется в сочетании с фильтром нижних частот, где ширина полосы фильтра установлена ​​для компромисса между скоростью отклика и распространением шума.

Передаточная функция производного члена в ПИД-регуляторе может быть записана как передаточная функция фазового фильтра.В схеме формирования контура именно этот фазовый фильтр создается, а затем преобразуется в комбинацию производной и фильтра нижних частот. (См. Раздел 6, где обсуждается это преобразование.)

Чтобы увидеть влияние фазового фильтра на предыдущие конструкции, рассмотрим следующий контроллер:

Частотная характеристика разомкнутого контура показана на рисунке 7. Обратите внимание, что член фазового опережения увеличивает амплитудную характеристику на высоких частотах, начиная (как правило) примерно в 5-10 раз выше, чем частота кроссовера.Полюс и ноль передаточной функции фазового вывода обычно расположены примерно в 10 раз друг от друга.

Важно отметить, что фазовый фильтр также добавляет фазу в контур, особенно при переходе. Это может помочь увеличить общий запас по фазе замкнутого контура.

Рисунок 7: Графики Боде разомкнутого контура с ПИ и ПИД-регулятором

Переходная характеристика замкнутого контура показана на рисунке 8. Обратите внимание на более быструю начальную реакцию ПИД-регулятора.

Рисунок 8: Реакция на ступенчатый сигнал с замкнутым контуром с ПИ- и ПИД-регулятором
5.Фильтр низких частот

На практике перед ПИД-регулятором часто вставляют фильтр нижних частот. Это помогает уменьшить влияние шума, распространяющегося по контуру.

Практическое правило проектирования заключается в том, что частота среза такого фильтра должна быть в 5-6 раз больше частоты кроссовера. Любое значение ниже, чем это, и фильтр начинает слишком сильно влиять на отклик на частоте кроссовера и, следовательно, на полосу пропускания замкнутого контура.

6. Преобразование структуры PID

Методология формирования цикла, обсуждаемая в этой статье, приводит к контроллеру формы:

Однако традиционно ПИД-регулятор пишется и реализуется в виде:

К счастью, эти две формы эквивалентны.Чтобы убедиться в этом, сначала отметим, что при группировке членов с разными степенями s и их перестановке выполняется следующее равенство:

Приведенное выше равенство удобно и компактно записать в следующей матричной форме:

Матрица с 3 строками и 3 столбцами в левой части приведенного выше уравнения является обратимой. Следовательно, после использования описанной здесь методологии формирования петли для определения отведения K p , K p , K i и p отведения приведенное выше уравнение можно использовать для вычисления pidK p , pidK i и pidK д .Эти значения затем могут быть использованы в реализованном контроллере.

7. Заключение

В этой статье описаны основы методологии формирования контура для проектирования ПИД-регуляторов с непрерывным временем.

Методология требует, чтобы коэффициенты усиления, полюса и нули контроллера были выбраны таким образом, чтобы форма частотной характеристики разомкнутого контура соответствовала определенным характеристикам, которые, как известно, обеспечивают хорошие характеристики замкнутого контура. Было введено несколько практических правил проектирования, которые используются для придания требуемой формы при соблюдении проектных ограничений, например, налагаемых скоростью процессора, на котором в конечном итоге будет выполняться контур управления.

В сопутствующих статьях обсуждается процесс преобразования контроллеров непрерывного времени, таких как разработанные в статье, в контроллеры дискретного времени, подходящие для реализации на цифровом оборудовании; и вопросы, которые следует учитывать при использовании процессоров с фиксированной точкой.

Вернуться к началу | ПИД-регулирование

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Больше новостей

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *