Измерение петли фаза ноль для чего: Замер полного сопротивления цепи «фаза-нуль»

Содержание

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

Надежность электрической сети напрямую зависит от правильности срабатывания защитных устройств. Петля фаза ноль позволяет проверить их работоспособность в сети до 1 кВ с глухо-заземленной нейтралью. Поэтапно разберемся, что представляет собой схема «Ф-Н», а также нюансы ее проверки.

Блок: 1/10 | Кол-во символов: 285
Источник: https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/petlya-faza-nol.html

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

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

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

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

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

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1114
Источник: https://odinelectric.ru/elektrosnabzhenie/chto-takoe-petlya-faza-nol

Определение понятия

Измеритель сопротивления петли фаза-ноль

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

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

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

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 1115
Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/petla-faza-nol/

Необходимость в измерениях

Замер сопротивления петли проводится в следующих случаях:

  • При вводе в эксплуатацию, после ремонта, модернизации или переоборудовании установок.
  • Требование со стороны служб различных служб контроля, например Облэнерго, Ростехнадзор и т.д.
  • По заявлению потребителя.

В ходе электрических замеров устанавливаются определенные параметры петли Ф-Н, а именно:

  • Общее сопротивление цепи, которое включает в себя:

электросопротивление трансформатора на подстанции;

аналогичный параметр линейного проводника и рабочего нуля;

образующиеся в коммутационном оборудовании многочисленные переходные сопротивления, например в защитных устройствах (АВ, УЗО, диффавтоматах), пускателях, ручных коммутаторах и т.д. Также влияние оказывает сечение проводников, изоляция кабелей, заземление нейтрали трансформатора, параметры УЗО или другой защиты электроустановок.

  • Ток КЗ (IКЗ). В принципе, его можно рассчитать, используя формулу: IКЗ = UН /ZП  , где UН – номинальный уровень напряжения в электросети, а ZП – общее сопротивление петли. Учитывая, что защитные устройства при КЗ должны автоматически отключать питание согласно установленным временным нормам, то необходимо выполнение следующего условия: ZП*IAB <= UН . В данном случае IAB ток, при котором срабатывает АВ или другое устройство защиты, его величина должна уступать IКЗ.

Перед описанием детальных методик измерений, необходимо кратко описать прибор, который будет использоваться в процессе — MZC-300. Мы остановили свой выбор на этом устройстве, поскольку оно чаще всего применяется измерительными лабораториями.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1585
Источник: https://www.asutpp.ru/kak-izmerit-soprotivlenie-petli-faza-nol.html

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

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

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

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

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

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

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

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

Периодичность проведения измерений

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

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

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

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

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 2776
Источник: https://odinelectric.ru/elektrosnabzhenie/chto-takoe-petlya-faza-nol

Какие приборы используют?

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

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

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

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1571
Источник: https://odinelectric.ru/elektrosnabzhenie/chto-takoe-petlya-faza-nol

Расчеты по таблицам

Полное значение искомой величины зависит от следующих факторов:

  • Параметры трансформатора силовой подстанции.
  • Выбранные при проектировании электрической сети сечения фазных и нулевых жил.
  • Сопротивление переходных соединений, всегда имеющихся в любой цепи.

Проводимость используемых проводов может задаваться еще на стадии проектирования энергосистемы, что при условии правильного ее выбора позволит избежать многих неприятностей.

Согласно ПУЭ этот показатель должен соответствовать хотя бы половине аналогичного значения для фазных проводников. По необходимости ее допускается увеличивать до той же величины. В требованиях главы 1.7 ПУЭ оговариваются эти значения, а ознакомиться с ними можно в Таблице 1.7.5, приводимой в Приложении Правил. Согласно ей производится выбор наименьшего сечения проводников защиты (в миллиметрах квадратных).

По завершении табличного этапа обсчета петли фаза-ноль переходят к ее проверке путем вычисления тока короткого замыкания по формулам. Его расчетное значение сравнивается затем с практическими результатами, полученными ранее путем непосредственных измерений. При последующем выборе приборов защиты от КЗ (линейных автоматов, в частности) время их срабатывания привязывается к этому параметру.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 1253
Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/petla-faza-nol/

Методы и порядок проверки сопротивления контура «Ф-Н»

Проверка сопротивления петли «фаза нуль» подразумевает замер тока короткого замыкания на конкретном участке электрической цепи. В дальнейшем зафиксированное значение сопоставляется с отключающими уставками автоматов. При этом измерения проводятся либо непосредственно под рабочим напряжением, либо с питанием от постороннего источника. Далее рассмотрим требуемую последовательность действий при проверке сопротивления.

Визуальный контроль

Первоначально понадобится изучить имеющиеся схемы и документацию. В дальнейшем осуществляется визуальный осмотр всех элементов цепи на предмет выявления явных недостатков и повреждений. В процессе выполнения указанных мероприятий рекомендуется проверить качество затяжки контактных соединений. Иначе велика вероятность получения недостоверных измеренных данных.

Осмотр элементов электросети на соответствие схеме

Замер показателей контура «Ф-Н»

В ходе испытаний могут использоваться различные специализированные приборы, которые могут использовать следующие методики измерений:

  1. Падения напряжения — проводится на обесточенной цепи с дальнейшим подсоединением сопротивления установленной величины. Зафиксированные показания сверяются с допустимыми нормами значениями после проведения расчетов.
  2. Короткого замыкания — предполагает осуществление испытаний при наличии напряжения. Измерительное устройство формирует искусственное короткое замыкание на конечном участке от ввода питания с дальнейшей фиксацией величины тока и времени отработки защитных элементов.
  3. Амперметра-Вольтметра — подразумевает применение понижающего трансформатора переменного тока с замыканием фазного провода на защитное заземление электрической цепи. Предварительно выполняется обесточивание питающей сети. Необходимые показания получаются после проведения расчетов.

Вычисления и оформление документации

Заключительным этапом испытания является расчет величины тока короткого замыкания. Он определяется по соотношению:

Iкз = Uф/R, где

Uф — фазное напряжение сети;

R — полное сопротивление цепи.

Вычисленная величина сопоставляется с пределом отключения Iкз защитными аппаратами. Для определения минимальной и максимальной уставки срабатывания понадобится номинальный ток автомата увеличить в определенное количество раз, в зависимости от типа установленного защитного устройства. Ниже приведена требуемая кратность для минимального и максимального тока отключения по отношению к номинальному для конкретных серий автоматов:

  • В — 3 и 5;
  • С — 5 и 10;
  • D и К — 10 и 14.

Итог испытания подводится в специальном протоколе, о содержании которого будет указано далее с предоставлением примера заполнения.

Блок: 5/10 | Кол-во символов: 2665
Источник: https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/petlya-faza-nol.html

Подготовительный этап

Практически все методы измерений цепи «фаза-ноль» не позволяют получить точную информацию о таких характеристиках, как ZП и IКЗ. Это связано с тем, что векторная природа напряжения не принимается во внимание. Проще говоря, учитываются упрощенные условия при коротком замыкании. В процессе испытания электроустановок такая приближенность допускается только в тех случаях, когда уровень реактивного сопротивления не имеет существенного влияния.

Перед тем, как приступить к измерению характеристик петли «Ф-Н», предварительно следует провести ряд предварительных испытаний. В частности, проверить непрерывность и уровень сопротивления защитных линий. После этого измерить сопротивление между контуром заземления и основными металлическими элементами конструкции здания.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 789
Источник: https://www.asutpp.ru/kak-izmerit-soprotivlenie-petli-faza-nol.html

В каких случаях проводят измерения

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

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

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

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 868
Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/petla-faza-nol/

Примеры проведения вычислений

В качестве примеров таких измерений рассматриваются два способа.

Эффект от падения напряжения на контролируемом участке силовой цепи

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

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

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

Применение независимого источника электрического питания

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

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

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

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

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 2317
Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/petla-faza-nol/

Краткое описание MZC-300

Рассмотрим внешний вид и основные элементы измерителя MZC-300.

Расположение основных элементов прибора MZC-300

Обозначения:

  1. Информационный дисплей. Полное описание его полей можно найти в руководстве по эксплуатации.
  2. Кнопка «Старт». Запускает следующие процессы измерений:
  • ZП, напомним, это общее сопротивление цепи Ф-Н.
  • IКЗ – ожидаемый ток КЗ.
  • Активного сопротивления, необходимо для калибровки прибора.

Старт каждого измерения сопровождается характерным звуковым сигналом.

  1. Кнопка «SEL». Служит для последовательного вывода на информационный дисплей всех характеристик петли, полученных в результате последнего замера. В частности отображается следующая информация:
  • Параметры ZП.
  • Ожидаемый IКЗ.
  • Уровень активного и реактивного сопротивления (R и Х).
  • Фазный угол ϕ.
  1. Кнопка «Z/I». По окончании испытаний переключает на дисплее отображение характеристик между ожидаемым IКЗ и ZП.
  2. Кнопка отключения/включения измерительного устройства. Если при запуске прибора одновременно с данной кнопкой нажать «SEL», то измеритель перейдет в режим автокалибровки. Его подробное описание можно найти в руководстве пользования.
  3. Разъем для подключения щупа, контактирующего с рабочим нулем, проводником РЕ или, PEN. Соответствующее обозначение нанесено на корпус прибора.
  4. Разъем щупа, подключаемого к одному из фазных проводов. Как правило, помечен литерой «L».
  5. Как и разъем i, в отличии от гнезд для измерительных проводов, используется только в режиме автоматической калибровки. На корпусе прибора обозначаются как «К1» и «К2».

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1536
Источник: https://www.asutpp.ru/kak-izmerit-soprotivlenie-petli-faza-nol.html

Подведение итогов и опасности от проведения неправильного измерения

По полученной в результате измерений информации делается заключение о возможности дальнейшей эксплуатации сети. При выявлении несоответствия отключающих уставок защитных аппаратов зафиксированному Iкз, выносится решение о необходимости их замены. В противном случае велика вероятность образования пожара и разрушения электрооборудования под воздействием Iкз.

Блок: 7/10 | Кол-во символов: 428
Источник: https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/petlya-faza-nol.html

Протокол по проведенным замерам контура «фаза нуль»

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

В протоколе отображается следующая информация:

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

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

Блок: 8/10 | Кол-во символов: 950
Источник: https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/petlya-faza-nol.html

Кол-во блоков: 15 | Общее кол-во символов: 19252
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:
  1. https://odinelectric.ru/elektrosnabzhenie/chto-takoe-petlya-faza-nol: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 5461 (28%)
  2. https://220.guru/electroprovodka/provoda-kabeli/petlya-faza-nol.html: использовано 4 блоков из 10, кол-во символов 4328 (22%)
  3. https://www.asutpp.ru/kak-izmerit-soprotivlenie-petli-faza-nol.html: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 3910 (20%)
  4. https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/petla-faza-nol/: использовано 4 блоков из 6, кол-во символов 5553 (29%)

что это, методика измерения сопротивления, приборы

Передача электроэнергии по электросети всегда связана с потерями в ней. Каждый из элементов вносит свою лепту в этот процесс. Для того чтобы разобраться с его деталями, используется метод, называемый «петля фаза – ноль». Далее расскажем более подробно о том, как это делается.

Фаза и ноль – это потенциалы условного источника ЭДС, действующего в электрической цепи с шунтом в нагрузке.

Общие сведения

Такая цепь может быть создана шунтом или эталонным резистором в любом месте электрической сети. В результате этого можно выполнить контроль наиболее важных параметров на участках фаза – шунт – ноль, таких как:

  • состояние изоляции;
  • импеданс и его составляющие;
  • текущее состояние заземления;
  • текущие параметры контактов коммутационного оборудования;
  • соответствие отключаемых токов заданным значениям.

Полученные результаты измерений берутся за основу расчетов оптимальных нагрузок обследованного участка электрической сети. Если бы эти данные отсутствовали, электрическая нагрузка на проводники могла оказаться слишком большой. В результате – запредельный нагрев жил, порча изоляции и сокращение срока службы значительной по протяженности линии. Это в лучшем случае. Поскольку замыкание и пожар нередки в таких ситуациях. При одном и том же шунте точки фазы и нуля могут быть выбраны (удалены от него) в зависимости от количества элементов электросети.

И наоборот, если абстрагироваться от фазы и нуля применительно к шунту. Помимо проводников так можно охватить проверяемые коммутаторы и заземления. Хотя всегда можно расчетным путем определить искомые параметры они не смогут учесть старение изоляции, а также воздействие окружающей среды. Поэтому измерения дают наиболее полное отображение текущего состояния электросети.

  • При формировании петли необходимо либо исключать, либо отключать устройства защитного отключения. Если токи утечки, которые могут вызвать измерения, приведут к срабатыванию УЗО, результаты получатся некорректными.

Измерения в петлях фаза – ноль обычно делаются:

  • перед использованием вновь построенной электросети;
  • перед использованием электросети, прошедшей капитальный или иной вид ремонта;
  • после замены оборудования;
  • в соответствии с имеющимся планом испытаний;
  • в общем не реже 1 раза в шесть лет в обычных электросетях и не реже одного раза в два года в электросетях взрывоопасных объектов.

Как делаются измерения в петле

Наиболее распространенными являются три способа выполнения измерений:

  • получают данные для расчетов по падению напряжения. Вместо нагрузки, которую отключают, присоединяется специальное (эталонное) сопротивление с известными характеристиками.
  • Используются данные измерения силы тока с использованием шунта. Он устанавливается в определенном месте электросети соответственно заданным параметрам.
  • Вместо существующего напряжения, которое отключается, подается пониженное напряжение от трансформатора. Провод фазы замыкается на корпусе того элемента электросети, который выбран для создания петли. Используются данные амперметра и вольтметра, которыми выполняются измерения, которые затем обрабатываются.  

Из трех перечисленных способов расчеты на основе падения напряжения наиболее распространены по причине того, что этот способ самый простой. Если при этом замере контрольное сопротивление присоединить максимально удаленно от точек фазы и нуля можно охватить наибольшее количество элементов электросети и получить их необходимые характеристики. Сначала делаются замеры напряжения с ненагруженной сетью. Затем сеть нагружают с присоединенным амперметром. Показания приборов используются в расчетах сопротивления петли, поскольку оно составляет доли Ома. Полученные результаты заносятся в протокол.

В настоящее время для обработки данных, содержащих результаты измерений петли фаза – ноль, можно использовать специализированные компьютерные программы. Например, СОНЭЛ, которая работает в среде Windows 2000 Service Pack 4 и выше. Программа также формирует протокол стандартной формы. Пример подобного протокола показан ниже.

Пример протокола, составленного на основании расчетов, выполненных по результатам измерений петли фаза – ноль

Специальные измерительные приборы

Учитывая важность результатов измерений в петле и востребованность таковых, на рынке измерительных приборов представлены специальные модели. Чаще других применяются:

  • М-417. Это стрелочный прибор, основанный на мостовой измерительной схеме, которая постоянно калибруется. Этим прибор в основном и неудобен. Зато надежен и долговечен. Работает без снятия напряжения величиной до 380 В.
М-417
  • MZC-300 (производство фирмы Sonel). Современный прибор с цифровой обработкой измеряемых параметров и отображением их на дисплее. Для измерений в диапазоне напряжения до 250 В применяется контрольное сопротивление 10 Ом.
MZC-300
  • ИФН-200. Работает под напряжением до 250 В, может использоваться как тестер. Но при замерах петли фаза – ноль диапазон измеряемых прибором значений сопротивления лежит ниже 1000 Ом.
ИФН-200
  • ТС-20 (производство фирмы Sonel). Прибор с большим функционалом как измерений в однофазных и трехфазных электросетях, так и обработки их результатов.
ТС-20

Измерения параметров петли фаза – ноль современными цифровыми приборами очень проста. Щупы присоединяются к местам-контактам, которые необходимо предварительно зачистить наждаком или напильником для минимизации контактного сопротивления. После этого нажимается та или иная кнопка на панели прибора, соответственно поставленной задаче. На табло получается результат. Как правило, результаты можно запомнить и обработать.

Современные приборы и программное обеспечение существенно упрощают и ускоряют измерения в петле фаза – ноль. К тому же результаты получаются более точными.

Похожие статьи:

Измерение петли фаза-ноль на электроустановках до 1000 В и выше в Перми

Ответы на популярные вопросы об измерении петли фаза-ноль

Если не найдете нужную информацию, обращайтесь – бесплатно проконсультируем!

Для чего проводить измерения сопротивления петли фаза-нуль?

Профессиональное измерение петли фаза-нуль позволяет определить, насколько токи отключения аппаратов защиты соответствуют параметрам линии, на которой они установлены. Проверка помогает узнать, правильно ли подобрано сечение проводников в конкретно тестируемой цепи.

В случае несоответствия есть риск поломки оборудования из-за перегрузки по току, пробоя изоляции или механического повреждения. Чтобы не допустить подобных последствий, необходимо проложить кабель большего сечения или установить автоматический выключатель более низкого номинала – тогда снизится мощность линии.

Как часто стоит выполнять измерения петли фаза-нуль?

Проверку петли фаза-ноль следует обязательно осуществлять в период:

  • после введения электрооборудования в эксплуатацию;
  • после окончания электромонтажных работ;
  • после завершения капитального ремонта;
  • согласно установленному графику проверок и плановых ремонтов;
  • согласно ПУЭ и ПТЭЭП.

Обычно периодичность измерения полного сопротивления петли фаза-нуль составляет 1 раз в течение 2 лет. Чтобы узнать, необходима ли вам данная проверка, бесплатно проконсультируйтесь с нашими специалистами по тел. +7 (919) 486-11-04.

Важно провести измерения вовремя – за отсутствие необходимых отчетов предусмотрена ответственность.

Как устранить несоответствие контура нулевой фазы. Измерение сопротивления цепи «фаза ноль

Измерения сопротивления контура фаза-нуль и токов однофазного замыкания  выполняют с целью проверки временных параметров срабатывания устройств защиты электрооборудования от сверхтоков при замыкании фазы на корпус.

Все мы хотим, чтобы электроснабжение нашего электрооборудования было безопасным и безупречным, но не всегда то, что мы хотим, может быть выдано за действительное.В процессе безжалостной эксплуатации системы питания и электрооборудования пользователи забывают о том, что его необходимо периодически осматривать и заранее выявлять все возможные неисправности. Не дожидаться исчезновения фазы в недрах скрытой электропроводки, а для включения электрооборудования нужно срочно искать галоши и диэлектрические перчатки, подпирая палкой постоянно отключающийся автоматический выключатель. Как уберечься от бед, свалившихся на вашу голову? Для предотвращения и устранения вышеперечисленных неисправностей требуется периодически проводить комплекс электрических измерений.В этой статье мы хотим рассказать вам об измерении сопротивления цепи фаза-ноль. Как и для каких целей необходимо измерить сопротивление цепи фаза-ноль.

Проводятся измерения сопротивления петли «Фаза-Ноль» и токов однофазных замыканий:

  • перед приемкой электрооборудования в эксплуатацию;
  • в сроки, определенные графиком планово-предупредительных ремонтов;
  • после капитального ремонта электрооборудования.

Пример:

Петля фаза-ноль в библиотечной комнате была измерена. Измеряемая линия питается от сборки КЗ автоматическим выключателем с номинальным током 16 (А) и характеристикой «С». Как я уже говорил, измеряем в самой дальней точке этой линии, в нашем случае это розетка, расположенная в самом дальнем углу.

Библиотека питалась от системы заземления TN-C. Поэтому измерение проводят в рабочей цепи (фаза — ноль).

Однофазный измеренный ток короткого замыкания, который показал нам прибор, составил 87 (А).

В этом примере я буду использовать предмет из PTEEP. Те. ток однофазного замыкания должен быть не менее 1,1*16*10=176 (А). И получили ток 87 (А) — условие не выполняется.

При токе 87 (А) электромагнитной защиты автоматический выключатель не сработает, но сработает тепловая защита, выдержка времени которой будет составлять несколько секунд (более 0.4 секунды — ПУЭ). В это время велик риск воспламенения или возгорания электропроводки.

Заключение:

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

  • увеличить сечение проводов измеряемой линии (с увеличением сечения провода его сопротивление уменьшается, а значит ток однофазной цепи, который будет проходить в наших условиях, увеличится)
  • установить автоматический выключатель с меньшим номинальным током (при снижении номинала автомата мы тем самым жертвуем мощностью сети)

Все мы хотим, чтобы электрооборудование на нашем производстве функционировало безупречно, служило долго и не давало сбоев.А при аварийных ситуациях, таких как короткое замыкание или перегрузка в электросети, мгновенно срабатывают устройства защиты, что позволяет избежать, тем самым, неблагоприятного воздействия на электропроводку, технологическое оборудование, электроаппараты, приборы и все виды электрооборудования. Но самое главное – защитить человеческую жизнь, ведь всех нас ждут дома здоровыми и невредимыми. Для предотвращения возникновения подобных аварийных ситуаций необходимо своевременное проведение соответствующих электрозамеров специалистами электролаборатории, способными в кратчайшие сроки выявить неисправности в электрической сети.Одним из таких электрических измерений является измерение импеданса контура фаза-ноль.

Что такое нулевая петля фазы? Какова цель проверки? Начнем с того, что в электроустановках до 1000 В с заземлением нейтрали (TN-C, TN-CS, TN-S) нулевой провод подключается к нейтрали трансформатора, который подключается к контуру заземления, т.е. есть, он глухо заземлен. А если замкнуть фазный провод на корпус электрооборудования или нулевой провод, то образуется цепь, состоящая из фазного и нулевого проводников электрической цепи.Такая петля обычно называется петлей фаза-ноль.

Целью проверки цепи фаза-ноль является получение следующих данных:
   1. Значение полного сопротивления цепи фаза-ноль. Полное сопротивление — обмоток силового трансформатора, фазных и нулевых проводников, контактов автоматических выключателей, пускателей и т.п.
  2. Значение тока короткого замыкания:
   Iк.з = Un/Z, где Un — номинальное напряжение сети; Z — импеданс контура фаза-ноль.
На основании этих данных сравниваются полученные значения тока короткого замыкания и уставки теплового и электромагнитного расцепителей автоматических выключателей, и делается вывод, способен ли автоматический выключатель (предохранитель) защитить кабельную линию от токов короткого замыкания.
   Согласно ПТЭЭП «ток короткого замыкания должен быть не менее:
   — трехкратного номинального тока предохранителя предохранителя;
   — трехкратный номинальный ток нерегулируемого отключения выключателя с токоинверсной характеристикой;
   — трехкратное значение уставки тока срабатывания регулируемого расцепителя обратной токозависимой характеристики автоматического выключателя;
   — 1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенного расцепителя (отсечки).»

Для измерения контура фаза-ноль используются следующие методы:
   — падение напряжения отключенной цепи;
   — падение напряжения на сопротивлении нагрузки;
   — опыт короткого замыкания в цепи.
   Практически все современные электроизмерительные приборы, предназначенные для проверки контура фаза-ноль, используют метод падения напряжения на сопротивлении нагрузки. Этот метод очень удобен, безопасен и экономит время.

   (для приборов типа МЗЦ-300, МИЭ-500, ИФН-200 и др. аналогов)

Рис.1 Измерение цепи (L-N)


Рис. 2 Измерение цепи (L-PE)


Рис. 3 Сети TN (с обнулением). Испытания эффективности защиты
   электрические шкафы


Рис. 4 Сети ТТ (с защитным заземлением). Проверка эффективности защиты электрического шкафа


   Важно отметить, что электрические измерения в электроустановках, питаемых от одного распределительного щита и находящихся в пределах одного помещения, необходимо проводить на наиболее удаленной от точки питания установке.

Проводятся проверки на соответствие параметров цепи «фаза — ноль» характеристикам защитных устройств и целостности защитных проводников: приемо-сдаточные испытания, сравнительные, эксплуатационные, контрольные испытания, в целях сертификации.

На основании правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) замеры сопротивления цепи фаза-нуль должны проводиться с периодичностью, определяемой системой планово-предупредительного ремонта (ППР), утвержденной техническим руководителем Потребителя.

По ПТЭЭП проверяют петлю фаза-ноль:

1. При капитальном ремонте, техническом обслуживании и межремонтных испытаниях

2. Для электроустановок во взрывоопасных зонах не реже одного раза в два года. 3. При выходе из строя устройств электрозащиты должны производиться внеплановые электроизмерения.

Со временем эксплуатации линии электроснабжения в них происходят изменения, которые невозможно проверить визуально или установить с помощью математических расчетов.Для стабильной и бесперебойной работы электрооборудования необходимо периодически проводить измерения некоторых параметров. Одним из них является измерение петли фаза-ноль, которое производится с помощью специальных приборов. Если фазный провод замыкается на ноль в точке потребления, то между фазным и нулевым проводниками создается цепь, которая представляет собой петлю фаза-ноль. В него входят: трансформатор, автоматические выключатели, выключатели, пускатели — все коммутационное оборудование. Ниже мы расскажем читателям, как измерить сопротивление контура, предоставив существующие методики и оборудование.

Периодичность и цель измерений

Для надежной работы сетевого питания периодически проверяйте кабель питания и оборудование. Перед вводом объекта в эксплуатацию, после капитального и текущего ремонта сети электроснабжения, после ввода в эксплуатацию, а также по графику, установленному руководителем предприятия, проводятся данные испытания. Замеры производятся по следующим основным параметрам:

  • сопротивление изоляции;
  • сопротивление шлейфа нулевой фазы;
  • параметры заземления;
  • параметры автоматических выключателей.

Основной задачей измерения параметра петли фаза-ноль является защита электрооборудования и кабелей от возникающих в процессе эксплуатации. Повышенное сопротивление может привести к перегреву линии и, как следствие, к пожару. Окружающая среда оказывает большое влияние на качество кабеля и воздушной линии. Температура, влажность, агрессивная среда, время суток — все это влияет на состояние сети.

В схему для измерений входят контакты автоматической защиты, автоматические выключатели, контакторы, а также проводники для подачи напряжения на электроустановки.Этими проводниками могут быть силовые кабели, питающие фазу и ноль, или воздушные линии, выполняющие ту же функцию. При наличии защитного заземления — фазный провод и провод заземления. Такая цепь имеет определенное сопротивление.

Полное сопротивление петли фаза-ноль можно рассчитать по формулам, учитывающим сечение проводников, их материал, длину линии, хотя точность расчетов будет небольшой. Более точный результат можно получить, измерив физическую схему существующими приборами.

В случае использования устройства в сети защитного отключения (), его необходимо отключить на время измерения. Параметры УЗО рассчитаны так, что при прохождении больших токов оно будет отключать сеть, что не даст достоверных результатов.

Обзор методов

Существуют разные методы проверки петли фаза-ноль, а также множество специальных измерительных приборов. Что касается методов измерения, то основными из них являются:

  1. Метод падения напряжения.Измерения проводятся при выключенной нагрузке, после чего подключается сопротивление нагрузки известного значения. Работа выполняется с помощью специального устройства. Результат обрабатывают и с помощью расчетов производят сравнение с нормативными данными.
  2. Метод короткого замыкания. В этом случае подключают устройство к цепи и искусственно создают короткое замыкание в дальней точке потребления. С помощью прибора определяют ток короткого замыкания и время срабатывания защит, после чего делают вывод о соответствии нормам данной сети.
  3. Метод амперметр-вольтметр. Снимают питающее напряжение и затем с помощью понижающего трансформатора на переменном токе замыкают фазный провод на корпус существующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают и по формулам определяют искомый параметр.

Основная методология этого теста заключалась в измерении падения напряжения при подключении сопротивления нагрузки. Этот метод стал основным, благодаря простоте его использования и возможности дальнейших расчетов, которые необходимо проводить для получения дальнейших результатов.При измерении петли фаза-ноль в пределах одного здания сопротивление нагрузки включают на самом дальнем участке цепи, максимально удаленном от источника питания. Подключение приборов осуществляется к хорошо зачищенным контактам, что необходимо для достоверности измерений.

Сначала измеряется напряжение без нагрузки, после подключения амперметра с нагрузкой измерения повторяются. По полученным данным рассчитывается сопротивление цепи фаза-ноль.Используя готовый прибор, предназначенный для таких работ, можно сразу получить нужное сопротивление по шкале.

После измерения составляется протокол, в который вносятся все необходимые величины. Протокол должен быть в стандартной форме. Он также включает данные об используемых измерительных приборах. В конце протокола подводят итог о соответствии (несоответствии) данного раздела нормативно-технической документации. Пример протокола выглядит следующим образом:


Какие устройства они используют?

Для ускорения процесса измерения контура промышленность выпускает множество измерительных приборов, которые можно использовать для измерения параметров сети различными методами.Наибольшую популярность получили следующие модели:

О том, как измерить сопротивление петли фаза-ноль с помощью приборов, вы можете узнать, просмотрев эти видеопримеры.

Одним из важных факторов эксплуатации электрооборудования является продолжительность его эксплуатации. Большое значение имеет надежная и стабильная работа всех приборов и устройств. При различных повреждениях, коротких замыканиях и перегрузках должно быть обеспечено мгновенное срабатывание средств защиты и отключение опасной зоны.

Поэтому необходимо заранее предусмотреть исправность самого электрооборудования и средств защиты, где большое значение имеет петля фаза-ноль.

Физическая концепция нулевой петли фазы

Во всех электроустановках до 1000 вольт предусмотрены системы глухого заземления. В такой системе петля фаза-ноль представляет собой петлю, образованную соединением фазного проводника и нулевого рабочего провода. В некоторых схемах фазный проводник может быть соединен с защитным проводником.Полученная цепь во всех случаях имеет собственное сопротивление.

Теоретические расчеты сопротивления контура представляют серьезную проблему. Это связано с переходными сопротивлениями, которые имеются в автоматических выключателях, контакторах, автоматах и ​​другом оборудовании, включенном в общую цепь. Особую сложность представляет расчет точного пути прохождения токов в аварийных ситуациях, где необходимо учитывать влияние различных металлоконструкций.

Поэтому для получения точных данных о величине сопротивления существуют специальные приборы, автоматически учитывающие все необходимые параметры.

Проведение измерений

Необходимость измерения петли фаза-ноль возникает в определенных ситуациях. В первую очередь это мероприятие проводится при вводе в эксплуатацию электроустановок после монтажа или реконструкции. В этом случае тестирование проводится в ходе приемо-сдаточных испытаний. Внеплановые измерения могут проводиться по требованию организаций, осуществляющих контроль за электробезопасностью установок, а также в любое время по требованию заказчика.


При измерении петли фаза-ноль значение сопротивления определяется в обязательном порядке.Этот показатель получается в результате параметров сопротивления, образующихся в силовых обмотках, фазном и нулевом проводнике. При этом измеряют переходное сопротивление контактов коммутационной аппаратуры.

Помимо сопротивления измеряется значение тока, образующегося при коротком замыкании. Для этого используется специальное устройство, с помощью которого возможно автоматическое получение всех необходимых показателей.

После проведения всех измерений все полученные результаты сравниваются с уставкой, рассчитанной для того или иного автоматического выключателя.

Проверка согласования параметров цепи «ФАЗ-НОЛЬ»
  с характеристиками защитных устройств

Определение контура «ФАЗ-НОЛЬ»

Контуром «ФАЗ-НОЛЬ» принято называть цепь, состоящую фаза трансформатора и проводники — ноль и фаза.

Цель испытания

По измеренному импедансу петли «ФАЗ-НОЛЬ» рассчитывается ток однофазного короткого замыкания.Основная цель – проверка временных параметров срабатывания устройств максимальной токовой защиты при замыкании фазы на корпус. Этот тест также влияет на непрерывность цепи защитного заземления. Время срабатывания устройств защиты должно соответствовать требованиям пункта 1.7.79 ПУЭ.

Надежность срабатывания защиты от перегрузки по току является одним из основных требований как при проектировании, так и при монтаже и требует проектирования и полевых испытаний.

Так как это замыкание на корпус, то под нулевым проводником понимается совокупность защитного (PE) и защитно-рабочего (PEN) проводников от «корпуса» до трансформатора.Таким образом, проверка петли «ФАЗА-НОЛЬ» позволяет оценить качество защитной цепи.

Теория

Суммарное сопротивление цепи «ФАЗ-НОЛЬ» можно достаточно точно рассчитать по следующей формуле: где: Z fo — общее сопротивление цепи «ФАЗ-НОЛЬ»; Z n — полное сопротивление цепи фазного и нулевого проводников; Z t — полное сопротивление трансформатора.
Полное сопротивление «состоит» из активного и реактивного сопротивлений.

Ток короткого замыкания отражается следующим соотношением:

I кс = U о / Z фо

где: I — кЗ; U о — фазное напряжение.

Для расчета ожидаемого тока короткого замыкания принята формула:

I кс = U о.0,85 / ( Z н + Z т/3)

2 мет:

I кЗ > I па К г

где: I ра — номинальный ток срабатывания автоматического расцепителя; К г — коэффициент допустимой кратности тока короткого замыкания к номинальному току срабатывания расцепителя.

Z шт. U о / Z fo≤ U snn

где: Z pe — полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и корпусом КРУ; U snn — сверхнизкое напряжение (напряжение прикосновения), принимаемое обычно равным 50В (п. 1.7.79 и 1.7.104 ПУЭ).

I pa > I n

где: I n — номинальный ток нагрузки.

Измерения

Существует несколько методов измерения сопротивления контура «ФАЗА-НОЛЬ» и токов короткого замыкания как с отключением сетевого напряжения, так и без него.

В настоящее время в основном применяются современные микропроцессорные измерительные приборы, реализующие метод измерения импеданса шлейфа ФАЗА-ЗУЛ без отключения напряжения, и автоматический расчет тока короткого замыкания на основе значения сопротивления шлейфа. Использование этих устройств упрощает процесс тестирования. Кроме того, испытания более щадящие по отношению к тестируемым линиям и защитным устройствам. Некоторые из этих устройств позволяют производить измерения без исключения от проверяемой линии УЗО и не вызывают их срабатывания, что представляется достаточно важным и удобным, так как измерения производятся между фазным проводом и нейтральным защитным проводником.Измерения проводят на концах проводников, защищенных устройствами максимальной токовой защиты.

Пример схемы измерения контура «ФАЗА-НОЛЬ» без снятия напряжения:


Результаты измерений заносятся в протокол установленного образца.

Перед проведением измерений контура «ФАЗА-НОЛЬ» рекомендуется измерить сопротивления защитных проводников, проверить их целостность (проверить металлическое соединение, проверить заземление).

Устранение дефектов

При получении неудовлетворительных результатов при измерениях контура «ФАЗА-НОЛЬ» в действующей электроустановке требуется срочное устранение дефекта. Как правило, достаточно заменить устройство максимальной токовой защиты на другое с более подходящими характеристиками. Но иногда необходимо заменить существующий кабель на кабель с другим сечением жил. Такие случаи обычно более сложны в плане установки.

Расчет контура «ФАЗА-НОЛЬ»

Для своевременного согласования параметров кабельных линий и устройств защиты от сверхтоков необходимо на стадии проектирования произвести расчет контура «ФАЗА-НОЛЬ». Такие расчеты удобно проводить в комплексе: мощность нагрузки; cos φ; длина кабельной линии; основной раздел; тип установки; падение напряжения на линии; предполагаемый импеданс контура; прогнозируемый ток короткого замыкания; номинальный ток устройства защиты; характеристика защитного устройства.Расчет контура «ФАЗА-НОЛЬ» является одним из самых сложных, так как требует учета ряда трудно учитываемых параметров.

Дополнение

Иногда необходимо произвести измерение или рассчитать петлю «ФАЗА — РАБОЧИЙ НОЛЬ» или «ФАЗА — ФАЗА». Процедуры аналогичны описанным выше, за исключением замены защитного провода на рабочий или фазный провод.

Инверсия синфазной восприимчивости в нулевом поле как функция от …

Контекст 1

… инверсия синфазной составляющей восприимчивости к переменному току в нулевом поле для -FePc, измеренная при частоте f 90 Гц, представлена ​​как функция температуры на рис. 3 Как показано сплошной линией, данные могут быть аппроксимированы между 50 К и 300 К по закону Кюри-Вейсса C/(T) для S1, g2,54 и (402) К. Этот результат означает, что в этом диапазоне температур ион железа II находится в состоянии эффективного спина S1, и большое положительное значение указывает на наличие сильных ферромагнитных корреляций между Fe …

Контекст 2

… для температуры Кюри-Вейсса 2zJS(S1)/3k B находим для S1 и z2 оценку J/k B 15 K для силы ферромагнитного взаимодействия вдоль цепи. Отметим, что и для формы FePc эффективный спин S1 был найден ниже комнатной температуры. Действительно, при высоких температурах восприимчивости форм и 4,15 совпадают на вставке рис. 3. Тот факт, что восприимчивость -формы стремится к нулю при Т→0, объясняется расщеплением в нулевом поле триплетное состояние, оставляя немагнитный синглет в качестве нижнего энергетического уровня, занятого при T20 K.4 Обращаясь теперь к данным, полученным при температуре ниже 50 К, как показано на рис. 4, мы отмечаем, что поведение восприимчивости …

Контекст 3

… что в области ниже примерно 5 К соединение находится в ферромагнитном состоянии, когда g-фактор, полученный в парамагнитной области, все еще действителен в этом диапазоне, намагниченность насыщения была бы 2,5 B на основе эффективного основного состояния спина S1, найденного для ионов FeII из Кюри- Вейсс-анализ высокотемпературной восприимчивости Рис.3. Мы вернемся к этому несоответствию ниже в разделе обсуждения, где мы покажем, что на основе конкуренции между обменным членом и членом кристаллического поля в гамильтониане для -FePc существенный наклон магнитного моментов по отношению к оси анизотропии кристаллического поля следует ожидать. In- …

Реализует блок измерения вектора с использованием контура фазовой автоподстройки частоты

Описание

Блок PMU (PLL-Based, Positive-Sequence) реализует вектор блок измерения (PMU) с использованием контура фазовой автоподстройки частоты (PLL), который вычисляет составляющая положительной последовательности входного сигнала abc по ходу окно одного периода основной частоты, заданное вводом abc .То сигнал может быть набором из трех симметричных или несимметричных сигналов, которые могут содержать гармоники. Блок PMU (PLL-Based, Positive-Sequence) основан на стандарте IEEE Std. С37.118.1-2011.

Блок PLL (3ph) отслеживает частоту и фазу синусоидального трехфазный сигнал ( abc ) с использованием внутреннего генератора частоты. Система управления регулирует частоту внутреннего генератора, чтобы поддерживать фазу разница в 0 .

Блок Positive-Sequence (PLL-Driven) вычисляет положительную последовательность составляющие (амплитуда и фаза) синусоидального трехфазного входного сигнала ( abc ) по бегущему окну одного цикла основного частота отслеживается системой управления с обратной связью PLL (3ph). Система отсчета необходимый для расчета, определяется углом (рад, варьируется от 0 до 2 * пи), синхронизированы при пересечении нуля основной (положительной последовательности) фазы A.То угол также отслеживается системой управления с замкнутым контуром PLL (3ph).

Поскольку блок использует окно скользящего среднего для выполнения анализа Фурье, один цикл моделирования должен завершиться до того, как выходные данные дадут правильную величину и угол. Например, реакция блока на ступенчатое изменение положительной последовательности компонент трехфазного сигнала представляет собой линейное изменение с одним циклом. Для первый цикл симуляции, выход поддерживается постоянным на значениях, заданных параметром начальные входные параметры.

Три выхода блока PMU (PLL-Based, Positive-Sequence) вернуть величину (в тех же единицах, что и входной сигнал), фазу (в градусах относительно фаза PLL), и частота компонента прямой последовательности abc ввод на основной частоте соответственно.

Время выборки ( Ts ) блока в секундах является функцией номинальная частота fn и частота дискретизации Нср .

Наконец, отчетная ставка ( Rt ), которая определяет продолжительность интервал, в течение которого будет сообщено о событии, связан с шагом расчета с помощью Коэффициент скорости передачи отчетов k , как указано ниже:

Ссылки

[1] Стандарт IEEE для синхрофазорных измерений мощности Системы . Стандарт IEEE C37.118.1-2011 (пересмотр стандарта IEEE C37.118-2005), С. 1–61, 2011.

[2] П. Кундур, Н.Дж. Балу и М. Г. Лауби, Стабильность энергосистемы и контроль . Том. 7. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1994.

Измерение обратной связи с обратной связью | Электронный дизайн

Импульсные источники питания основаны на контурах управления с обратной связью, чтобы гарантировать, что требуемое напряжение и ток поддерживаются при различных условиях нагрузки. Конструкция контура управления с обратной связью влияет на многие факторы, включая регулирование, стабильность и переходную характеристику.

Контур управления с обратной связью будет колебаться, если имеется частота, на которой усиление контура равно единице или больше, а общее отставание по фазе равно 360°.Стабильность обычно измеряется двумя факторами:

  • Запас по фазе, разница между фактическим отставанием по фазе и 360°, когда коэффициент усиления контура равен единице, выражается в градусах.
  • Запас по усилению, величина, на которую усиление упало ниже единицы, когда общее отставание по фазе составляет 360°, выражается в децибелах.

Для большинства систем управления с обратной связью запас по фазе превышает 45° (менее 315°), когда усиление контура превышает 0 дБ. Запас по усилению составляет -20 дБ или ниже, когда фазовая задержка контура достигает 360°.

Если эти условия соблюдены, контур управления будет иметь почти оптимальную реакцию; он будет безусловно стабильным и не будет иметь ни недостаточного, ни чрезмерного демпфирования. Обычно измерение частотной характеристики выполняется далеко за пределами рабочей полосы частот контура управления, чтобы гарантировать выявление всех вероятных условий.

График Боде, показанный в . На рис. 1 представлены кривые усиления контура управления и фазовой характеристики для импульсного источника питания с одним выходом. Измерения проводились с использованием анализатора фазы усиления GP102, автономного прибора для оценки запаса по усилению и фазе контура управления, а затем импортировались в электронную таблицу.

В этом случае запас по фазе, измеренный от точки пересечения 0 дБ до 360°, составляет 82° (от 360° до 278°). Запас по усилению составляет -35 дБ, измеренный от 0 дБ до точки, в которой фаза пересекает 360°. Сравнение этих запасов по усилению и фазе с целевыми значениями запаса по усилению -20 дБ и запаса по фазе 60° подтверждает, что переходная характеристика и стабилизация протестированного источника питания будут чрезмерно демпфированы и неприемлемы.

Точка пересечения 0 дБ составляет 160 Гц, что способствует замедлению цикла.В идеале желательно положительное усиление контура на частоте 1 или 2 кГц, и, учитывая очень консервативные запасы по усилению и фазе, можно улучшить динамику контура, не приближаясь к областям нестабильности. Требуются небольшие изменения в компонентах компенсации усилителя ошибки. После модификации контур управления может быть повторно протестирован для обеспечения безусловной стабильности.

Эти измерения обычно выполняет анализатор частотной характеристики (FRA) или анализатор фазы усиления. В этих приборах используются методы дискретного преобразования Фурье (ДПФ), поскольку измеряемые сигналы часто малы и маскируются шумом и искажениями, создаваемыми переключающим каскадом источника питания.ДПФ используется для извлечения интересующего сигнала.

Подача тестового сигнала

Для выполнения измерения FRA подает сигнал помехи или ошибки известной частоты в контур управления. Два канала измерения FRA используются для определения того, сколько времени проходит помеха от входа усилителя ошибки до выхода источника питания.

Инжекция должна иметь место, когда сигнал обратной связи контура управления ограничен одним путем и питается от источника с низким импедансом.Соединение пути обратной связи с выходом источника питания или выходом усилителя ошибки является хорошим местом для ввода сигнала помехи.

Часто генератор сигналов подключается к тестируемой цепи через изолирующий трансформатор, как показано на рис. 2 , что обеспечивает электрическую изоляцию между генератором сигналов FRA и тестируемой цепью. Метод инжекции, представленный на рис. 2, добавляет сигнал возмущения на вход усилителя ошибки. Этот метод подходит для выходных напряжений источника питания в пределах максимального предела входного напряжения FRA.

Если проверяемый блок питания выдает высокое выходное напряжение, то метод первой инжекции не применяется. В Рис. 3 сигнал помехи был введен после усилителя ошибки, где напряжение контура управления относительно земли низкое. Этот метод инжекции следует использовать, если выходное напряжение источника питания превышает входной диапазон FRA.

После выбора подходящей точки впрыска необходимо тщательно настроить амплитуду сигнала возмущения.Реакцию на возмущение можно посмотреть на осциллографе, подключенном к выходу источника питания.

Амплитуда генератора сигналов FRA должна быть установлена ​​равной нулю и низкой частоте, обычно в нижней части полосы пропускания контура управления. Медленно увеличивайте амплитуду генератора FRA. Хорошей отправной точкой для амплитуды генератора сигналов FRA является момент, когда на осциллографе видно небольшое возмущение, около 5 % от номинального выходного напряжения источника питания.

Этот процесс следует повторить в верхней части полосы пропускания контура управления, чтобы понять, можно ли использовать один и тот же уровень привода во всей полосе пропускания контура.Генератор FRA не должен занижать или перегружать контур управления. Любые измерения, сделанные в этих условиях, будут неверными.

Маловероятно, что одна и та же настройка генератора сигналов FRA может использоваться во всей полосе пропускания контура управления. В этих условиях можно использовать сжатие амплитуды для поддержания устойчивого сигнала помехи при качании частоты и изменении коэффициента усиления контура. Это достигается за счет управления амплитудой генератора сигналов FRA для поддержания постоянного входного сигнала усилителя ошибки.

Выполнение измерения

Два входа FRA подключены к двум концам вторичной обмотки инжекторного разделительного трансформатора, как показано на рисунках 2 и 3. Канал 3 измеряет выход контура управления, а канал 2 измеряет вход контура управления. Измерения производятся относительно земли.

Выполните свипирование от 10 Гц до 30 кГц и обратите внимание на воспроизводимость измерений усиления и фазы как на хорошие индикаторы того, что в контуре управления применен правильный уровень инжекции.Оцените запасы по усилению и фазе контура управления, обращаясь к рекомендациям по фазе усиления.

Подходящие компоненты компенсации могут быть применены к каскаду усилителя ошибки. Выполнение новой развертки покажет эффект изменений значений компенсации. В идеале петлевой коэффициент усиления должен снижаться до -20 дБ за декаду, особенно там, где петлевой коэффициент усиления превышает единицу.

Цепи коррекции коэффициента мощности

Контуры управления с обратной связью не ограничиваются регулировкой выхода импульсного источника питания.Активная коррекция коэффициента мощности (PFC), обычно используемая после мостового выпрямителя, использует два контура управления для достижения синусоидального входного тока, что приводит к коэффициенту мощности нагрузки, близкому к 1,0. Схемы PFC обычно основаны на специальной микросхеме контроллера, коммутационном устройстве и катушке индуктивности для накопления энергии — так называемом звене постоянного тока.
Первый контур, контур напряжения, пытается поддерживать постоянное напряжение постоянного тока в звене постоянного тока или на выходе схемы PFC. Эта петля относительно медленная, пересекая 0 дБ примерно на 10 Гц.Второй контур, контур управления током, эффективно управляет формой волны входного тока. Эта схема прерывателя с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) должна отслеживать выпрямленную синусоидальную форму волны напряжения, поэтому, по сути, задание для контура управления током является динамическим. Поскольку текущий контур управления должен отслеживать частоту линии, точка пересечения может составлять несколько килогерц.

Проверка контура управления напряжением

Для тестирования медленного контура управления напряжением и быстрого контура управления током требуются разные подходы:

Контур управления напряжением PFC

Петля напряжения прямая.Никаких модификаций схемы не требуется, и фактически контур управления током остается активным во время проверки контура напряжения. В отношении выбора точки инъекции применяются обычные правила. Вы должны найти место в петле, где источник является точкой с низким импедансом и ограничивается одним путем. Мощность инжекторного резистора, вероятно, будет 1000 Вт.

Контур управления током PFC

Тестирование более быстрого контура управления током требует большой осторожности и внимания, поскольку для получения точной оценки запаса по усилению и фазе необходимо несколько модификаций схемы:

  1. Используйте источник постоянного тока от 0 до 400 В для питания входа схемы PFC.Источник переменного тока не требуется и должен быть отключен.
  2. Отключить контур управления напряжением, но не всю микросхему.
  3. При необходимости подайте вспомогательное питание на ИС контроллера PFC, обычно +18 В.
  4. Используйте источник питания от 0 до 10 В постоянного тока для управления выходным током PFC для соответствующего уровня входного напряжения. По сути, источник питания от 0 до 10 В постоянного тока будет управлять усилением в контроллере и заменять опорное напряжение, которое обычно изменяется со скоростью от 100 до 120 раз в секунду для частоты сети 50 или 60 Гц.Цепь обратной связи по току должна отслеживать входное напряжение, поэтому для установки различных условий используется источник питания от 0 до 10 В постоянного тока.
  5. Примените переменную нагрузку к выходу PFC.
  6. Используйте инжекторный резистор мощностью 100 Вт, подключенный между резистором датчика тока и входом датчика PFC.
  7. Развертка от 50 Гц примерно до половины частоты коммутации. Проверьте реакцию контура с различными настройками и комбинациями, описанными в пунктах 4 и 5. Например, контур следует проверить при нулевом токе, пиковом токе и на полпути.

Измерения в зоне PFC опасны. Изолируйте входные каналы АЧХ и генератора от земли и друг от друга.

Об авторах

Кен Зальц, президент компании Clarke-Hess Communication Research. До прихода в компанию он был президентом и основателем North Atlantic Instruments. Г-н Зальц написал множество статей, посвященных измерению и моделированию переменного тока, и получил степень B.S.E.E. из Университета Хофстра и М.Б.А. из Нью-Йоркского технологического института. Clarke-Hess Communication Research, 21-09 43rd Ave. Long Island City, NY 11101, 718-784-0445, электронная почта: [email protected]

Вернуться на домашнюю страницу EE

Опубликовано EE-Evaluation Engineering
Все содержание © 2001 Nelson Publishing Inc.
Перепечатка, распространение или повторное использование на любом носителе без явного письменного согласия издателя запрещены.

Декабрь 2001 г.

млн операций в секунду: нулевая фаза

Наиболее важным этапом любого программного проекта является понимание бизнес-проблемы и создание требований.Программное обеспечение на основе машинного обучения здесь ничем не отличается. Начальный шаг включает в себя тщательное изучение бизнес-проблем и требований. Эти требования переводятся в цели модели и выходные данные модели. Необходимо указать возможные ошибки и минимальный успех запуска. Самый полезный вопрос для продолжения работы над решением AI/ML: «Насколько дорого обходятся неправильные прогнозы?» Ответ на этот вопрос определит осуществимость проекта машинного обучения.

Декомпозиция рабочего процесса

Каждую задачу всего бизнес-процесса необходимо разложить на составляющие элементы, чтобы увидеть, где можно внедрить прогнозирование (модель машинного обучения).

Чтобы ответить на вопрос «как внедрить AI/ML» , мы выполним следующие шаги:

  1. Определите конкретный процесс , который может быть основан на AI/ML (см. рисунок выше).
  2. Разложите этот процесс в ориентированный граф из задач .
  3. Определите, где люди могут быть удалены из задачи, то есть какую задачу можно заменить элементом прогнозирования, таким как модель машинного обучения?
  4. Оцените рентабельность инвестиций для внедрения инструмента AI/ML для выполнения каждой задачи.
  5. Ранжируйте реализацию AI/ML для каждой задачи с точки зрения рентабельности инвестиций.
  6. Начните с начала списка и структурируйте реализацию AI/ML, заполнив либо AI Canvas , либо Machine Learning Canvas .

AI Canvas или его альтернатива Machine Learning Canvas помогают структурировать процесс разбивки. Они также помогают точно сформулировать, что необходимо для прогнозирования и как мы реагируем на ошибки, допущенные алгоритмом прогнозирования.

Холст AI

AI Canvas был предложен A. Agrawal et. al в своей книге «Машины предсказания. Простая экономика искусственного интеллекта». 2018 и «помощь в рассмотрении, создании и оценке инструментов ИИ». Пример такого полотна и описание каждого компонента представлено на рисунке ниже:

Источник рисунка

Холст машинного обучения

Хотя вышеприведенная канва ИИ представляет собой высокоуровневую структуру реализации ML/AI, в какой-то момент мы хотели бы указать как видение системы ML, так и специфику системы.Для достижения этих целей существует еще один инструмент, Machine Learning Canvas , предложенный Луи Дораром. Этот холст структурирует проект машинного обучения и помогает указать основные требования для реализации проекта. Первоначально мы определяем цель, отвечая на вопрос , чего мы хотим добиться для конечных пользователей прогностической системы? Далее мы связываем бизнес-цель с задачей машинного обучения.

Центральная часть схемы — это структурный блок Value Proposition , описывающий продукты или услуги, создающие некоторую ценность для клиентов.Обычно мы отвечаем на следующие вопросы: Какие проблемы мы пытаемся решить? Почему это важно? Кто является конечным пользователем нашей системы? Какую ценность проект машинного обучения предоставляет конечному пользователю? Как они будут использовать ваши результаты/прогнозы?

Оставшийся холст разделен на три широкие категории: Обучение, Предсказание, и Оценка . Категория Learning отвечает за то, как будет изучаться модель ML.Часть Prediction описывает, как выполняется прогноз. Наконец, категория «Оценка» содержит методы и показатели для модели машинного обучения и оценки системы. Следующий холст машинного обучения является примером, предоставленным Луи Дораром:

.

В целом холст машинного обучения состоит из десяти составных блоков, таких как Ценностное предложение, Источники данных, Задача прогнозирования, Функции (инженерные), Автономная оценка, Решения, Создание прогнозов, Сбор данных, Создание моделей, и Live. Оценка и мониторинг .Каждый из этих блоков ориентирован на один аспект будущего приложения машинного обучения:

.

Ценностное предложение

Это ключевые блоки всего холста. Здесь мы должны ответить на три важных вопроса:

  1. В чем проблема ? Какой цели мы служим? Что мы пытаемся сделать для конечного пользователя?
  2. Почему это важно?
  3. Кто является конечным пользователем? Можем ли мы указать персону ?

Чтобы создать эффективное заявление о ценностном предложении , мы могли бы использовать шаблон утверждения о позиционировании ценности Джеффри Мура:

**Для (целевого клиента), который (потребность или возможность), наш (название продукта/услуги) является (категорией продукта), который (преимущество). **

Сужение области проблемы может быть полезно для следующего вопроса о требуемых данных. Например, вместо создания универсального чат-бота создайте бота, который помогает планировать конференц-звонки.

Источники данных

Данные необходимы для обучения моделей машинного обучения. В этом блоке мы уточняем все доступные и возможные источники данных, которые будут использоваться для задачи ML. Например, мы могли бы использовать:

  • Внутренние/внешние базы данных.
  • Витрины данных, кубы OLAP, хранилища данных, системы OLTP.
  • Кластеры Hadoop,
  • REST API для сбора данных.
  • Статические файлы, электронные таблицы.
  • Веб-скрапинг.
  • Вывод других (ML) систем.
  • Наборы данных с открытым исходным кодом.

Кроме того, мы должны прояснить скрытые расходы приложения машинного обучения.

  • Насколько дорого может получиться хранилище данных?
  • Должны ли мы покупать внешние данные?
  • Какие инструменты и процессы оценки данных доступны для обеспечения доступа к данным из других систем?

Задача прогнозирования

Выяснив, какие данные доступны, мы проводим мозговой штурм, какой тип машинного обучения следует использовать.Вот несколько примеров вопросов, которые могут прояснить задачу машинного обучения:

  • Контролируемое или неконтролируемое обучение?
  • Это обнаружение аномалии?
  • Проблема в том, какой вариант выбрать? (рекомендация)
  • Нужно ли прогнозировать непрерывное значение? (регрессия)
  • Какая категория должна быть предсказана? (классификация)
  • Нужно ли группировать наши данные? (кластеризация)
  • Если под наблюдением, какой тип задачи машинного обучения должен быть выбран: классификация, регрессия или ранжирование?
  • Если классифицировать, будет ли это задача классификации бинарных или мультиклассовых классов?
  • Какие входные данные для задачи прогнозирования?
  • Каков результат задачи прогнозирования?
    • эл.грамм. «спам» и «обычный»
  • Какова степень сложности нашей модели машинного обучения?
    • напр. Является ли наша модель комбинацией других моделей ML? Используем ли мы ансамблевое обучение? Сколько скрытых слоев включено в модель глубокого обучения?
  • Каковы затраты на сложность, такие как время обучения и вывода, для вышеуказанных моделей?

Характеристики (инженерные)

Поскольку для каждого алгоритма ML требуются входные данные в виде функций, нам следует уточнить, как должны быть представлены входные данные.

  • Как мы извлекаем функции из необработанных источников?
  • Рассмотрите возможность включения экспертов в предметной области, чтобы указать, какие аспекты данных наиболее важны для конкретной задачи машинного обучения.

Автономная оценка

Перед любой реализацией обучения модели машинного обучения нам необходимо указать и настроить методы и показатели для оценки системы перед ее развертыванием. Здесь нам нужно будет указать:

  • Метрики, специфичные для предметной области, которые оправдывают развертывание модели машинного обучения.Например, смоделированные с использованием данных обучения и тестирования, будет ли предсказание модели приносить больше дохода, чем доход, созданный «традиционным» способом.
  • Какие показатели технической оценки следует использовать?
    • Точность, Отзыв, Мера F-1.
    • Точность.
  • Что означают ошибки прогнозирования модели, такие как ложных срабатываний и ложных отрицательных результатов ?
  • Каковы наши тестовые данные?
  • Сколько тестовых данных нам нужно, чтобы быть уверенными, что модель машинного обучения работает хорошо?

Решения

После завершения задачи ML, разработки функций и деталей оценки следует указать:

  • Как предсказания используются для принятия решений?
  • Как конечный пользователь или система взаимодействуют с предсказаниями модели?
    • эл.грамм. Что произойдет, если пользователь получит список рекомендаций по продуктам? Что произойдет, если входящее электронное письмо классифицируется как «спам»?
  • Существуют ли скрытые издержки при принятии решений, например, человек в цикле ?

Такая информация необходима для последующего принятия решения о развертывании модели машинного обучения.

Делать прогнозы

Этот блок включает информацию о том, когда мы делаем прогноз на новых входных данных.

  • Когда должны быть доступны прогнозы?
    • Новые прогнозы создаются каждый раз, когда пользователь открывает приложение, например рекомендации.
    • Новые прогнозы делаются по запросу.
    • Новые прогнозы делаются по расписанию.
  • Делаются ли прогнозы на лету для каждой точки данных или для пакета входных данных?
  • Насколько сложным в вычислительном отношении может быть вывод модели в приложении?
  • Есть ли человек в цикле , который может помочь в прогнозировании?

Сбор данных

Связанный с Making Predictions , блок Сбор данных собирает информацию о новых данных , которые должны быть собраны для повторного обучения модели машинного обучения.Таким образом, мы указываем, как мы предотвращаем явление распада модели ML . Дополнительные вопросы, на которые нужно ответить в этом блоке:

  • Как пометить новые данные?
  • Насколько дорого обходится сбор новых данных?
  • Насколько дорого обходится обработка мультимедийных данных, таких как изображения, звук или видео?
  • Есть ли человек в цикле для ручной очистки и маркировки поступающих данных?

Строительные модели

Тесно связанный с предыдущим блоком, Building Models отвечает на вопросы, касающиеся обновления моделей ML, поскольку разные задачи ML требуют разной частоты переобучения модели:

  • Как часто следует переобучать модель?
    • эл.грамм. ежечасно, еженедельно или с каждой новой точкой данных.
  • Какие скрытые расходы для переобучения модели?
  • Сколько времени займет переобучение модели?
  • Как мы решаем проблемы масштабирования облачных операций, поскольку они могут быть более сложными и дорогостоящими?
  • Планируем ли мы изменения в стеке технологий?
    • напр. как мы можем справиться с эволюцией технологического стека, когда в современном ИИ появляются новые инструменты и рабочие процессы разработки?

Оценка и мониторинг в реальном времени

После развертывания модель ML должна быть оценена, и здесь нам нужно будет указать как модели , так и бизнес-метрики , которые должны коррелировать.Как правило, метрики должны соответствовать методологии S.M.A.R.T и быть: конкретными, измеримыми, достижимыми, релевантными, и ограниченными по времени .

  • Как отслеживать производительность системы?
  • Как мы оцениваем создание стоимости?
    • например, пользователи проводили меньше времени в папке «Входящие».

Результатом этого этапа является завершенная канва машинного обучения. Попытка заполнить эту канву может инициировать экзистенциальную дискуссию о реальной цели и скрытых затратах на программное обеспечение машинного обучения.Такое обсуждение может привести к решению вообще не внедрять AI/ML. Возможные причины могут быть следующими:

  • Решение нашей задачи не терпит неверных прогнозов.
  • Внедрение AI/ML приведет к низкой рентабельности инвестиций.
  • Обслуживание проекта ML/AI не гарантируется.

Другой вопрос: когда развертывать ML/AI? На следующем рисунке показан компромисс между ранним и поздним развертыванием модели машинного обучения.

Дальнейшее чтение

Измерение отклика контура управления источником питания с помощью диаграммы Боде II

Введение

Стабильность — одна из наиболее важных характеристик при проектировании источников питания.Традиционно для измерения стабильности требуются дорогостоящие анализаторы частотных характеристик (АЧХ), которые не всегда доступны в лаборатории. Компания SIGLENT выпустила функцию графика Боде Ⅱ для осциллографов серий SIGLENT SDS1104X-E, SDS1204X-E, SDS2000X-E, SDS2000X Plus и SDS5000X. В сочетании с генератором сигналов произвольной формы Siglent (SDG или SAG) и инжекционным трансформатором можно создавать быстрые кривые частотной характеристики.

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

Рисунок 1: Установка Bode II

 

1. Основной принцип измерения стабильности

 

1.1 Стабильность системы обратной связи

Стабилизированный источник питания на самом деле является усилителем с обратной связью с большим количеством источников тока. Любая теория, применимая к базовому усилителю с обратной связью, применима и к регулируемому источнику питания.

В теории обратной связи устойчивость системы с обратной связью может быть определена путем оценки передаточной функции контура.Более практичным способом является измерение графика Боде коэффициента усиления контура. На рис. 2 показана типичная система обратной связи.

Замкнутая передача A представляет собой математическую связь между входом x и выходом y. Усиление контура T по его названию определяется как усиление сигнала, проходящего по контуру.

Рисунок 2: Типичная петля обратной связи

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

Если мы нанесем контурное усиление на график Боде, мы сможем оценить стабильность, найдя запас по фазе и запас по усилению. Запас по фазе определяется как то, на сколько градусов можно уменьшить фазу, прежде чем она достигнет -180 °, в то время как амплитуда равна 1 (или 0 дБ). Запас по усилению определяется как количество дБ по величине, которое может быть добавлено до достижения 1 (или 0 дБ) при фазе -180°.

Рисунок 3: График Боде, фаза и коэффициент усиления

 

1.2 Разорвать цикл

Чтобы получить желаемое усиление петли, мы просто разрываем петлю. На рис. 4 показано, как разорвать цикл в типичной системе с обратной связью. Технически вы можете разорвать петлю в любом месте. Обычно мы выбираем разрыв контура в точке между выходом усилителя и цепью обратной связи. Затем мы вставляем тестовый сигнал i для обхода контура. Усиление контура представляет собой математическое соотношение между выходным сигналом y и тестовым сигналом i .

Рисунок 4: Разрыв петли в типичной системе с обратной связью

1.3 Петлевой ввод

  В действительности мы никогда не сможем действительно разорвать петлю, потому что петля обратной связи служит для поддержания рабочей точки цепей в состоянии покоя постоянного тока. Без контура обратной связи тестируемое устройство насыщается из-за небольшого входного напряжения смещения, и тогда нельзя будет измерить никакого полезного результата.

Чтобы преодолеть это, мы должны измерить отклик разомкнутого контура внутри замкнутого контура.Поэтому мы просто вводим сигнал в петлю, а не разрываем петлю. На рис. 5 показан типичный метод петлевой инъекции. Точка инжекции выбрана таким образом, чтобы импеданс в направлении контура был намного выше, чем в обратном направлении. Одна из возможных точек находится между выходом и сетью обратной связи резисторного делителя. Могут быть выбраны другие точки, отвечающие этому требованию.

Рисунок 5: Циклическая инъекция

Для поддержания замкнутого контура в точку инжекции вставлен небольшой инжекторный резистор Ri.Резистор должен быть достаточно мал, чтобы он мало влиял на схему, а также чем меньше номинал резистора, тем ниже частота, на которой будет работать трансформатор. Picotest рекомендует сопротивление резистора 4,99 Ом для J2100A, и большее значение может быть выбрано в зависимости от схемы. Затем сигнал инжекции подается на резистор инжекции.

Введенный сигнал не должен влиять на рабочую точку цепи постоянного тока. Одним из способов решения проблемы общего заземления является использование инжекторного трансформатора, как показано на рис. 6.

Рисунок 6: Инжекторный трансформатор

Сигнал инжекции начинается с одного конца резистора инжекции, проходит через цепь обратной связи резистивного делителя, усилитель ошибки и транзистор с проходным элементом и, наконец, поступает на выход, который является другим концом резистора инжекции. Соотношение между входным сигналом i и выходным сигналом y представляет собой коэффициент усиления контура, который мы хотим измерить.

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

 

2. Настройка измерения и результат

 

2.1 Оборудование

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

Источник сигнала: Siglent SDG2042X

Блок питания: Siglent SPD3303X

Датчик: Пассивный датчик Siglent PP215 переключен на 1X

Инжекторный трансформатор: Picotest J2100A

Тестируемое устройство: Picotest VRTS v1.51

 

2.2 Соединение цепи

  Picotest VRTS v1.51 — это демонстрационная плата для тестирования регуляторов напряжения. Технически это линейный стабилизатор, построенный на знаменитом TL431 и дискретном транзисторе. Схема показана на рис. 7. Можно выбрать различные выходные конденсаторы, чтобы увидеть влияние на стабильность контура управления.

Рис. 7. Схема VRTS v1.51

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

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

Инжекторный трансформатор подключен параллельно инжекторному резистору, так что сигнал подается в петлю, предотвращая влияние генератора на рабочую точку цепи постоянного тока.

Точки TP3 и TP4 также подключены к осциллографу, и TP4 определяется как вход ИУ, а ТР3 — как выход ИУ на графике Боде Ⅱ.

Рисунок 8: Подключение цепи

 

Рисунок 9: Подключение датчика и трансформатора к тестируемому устройству

 

2.3 Конфигурация прибора

В этом разделе мы покажем, как должна быть выполнена конфигурация ключа для правильного измерения. Полные инструкции по графику Боде Ⅱ см. в руководстве пользователя и кратком руководстве.

Перед входом в график Боде Ⅱ рекомендуется включить настройку ограничения полосы пропускания осциллографа 20 МГц.

В настоящее время мы хотим измерить график Боде от 10 Гц до 100 кГц. Этого частотного диапазона должно хватить для схемы с ожидаемой частотой кроссовера около 10 кГц.

Войдите в меню Config и установите для параметра Sweep Type значение Simple, затем введите Set Sweep, чтобы задать частоту сканирования. Установите режим на «Декада» и «Начало» на 10 Гц, «Стоп» на 100 кГц. Установите Points/dec на 20, достаточно для типичной развертки. Войдите в меню Set Stimulus, чтобы установить Amplitude на 50 мВ. Войдите в меню «Установить канал», чтобы установить вход ИУ на канал 2, а выход ИУ на канал 3.

Рисунок 10: Конфигурация прицела Bode II

2.4 Результаты и анализ данных

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

Дождитесь результатов, как показано на рис. 11.

Результат несколько сбивает с толку и вызывает подозрения из-за кривой на низкой частоте, особенно фазовой кривой, чередующейся вверх и вниз. В следующем разделе мы представим метод под названием Vari-level для решения этой проблемы.

Рисунок 11: Результаты измерений

После завершения развертки снова нажмите Run, чтобы остановить развертку. Войдите в меню «Дисплей», а затем войдите в меню «Курсоры», чтобы включить курсоры. С помощью ручки настройки переместите курсоры и установите запас по фазе, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12: Курсорное измерение на графике Боде

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

Рисунок 13: Экспорт данных

2,5 Переменный уровень

В предыдущем разделе мы видим, что результаты не идеальны для трассировки дребезга на низкой частоте. Это связано с тем, что на низкой частоте разность амплитуд между входным и выходным каналами относительно велика, а поскольку мы используем относительно небольшой сигнал возбуждения (на этот раз 50 мВпик-пик), сигнал, представленный на входном канале ИУ, чрезвычайно мал, так что Коммерческий осциллограф общего назначения не может измерить его точно.

Но мы не можем просто увеличить амплитуду сигнала стимула. Результат будет аналогичен показанному на рис. 14. Сильный сигнал вблизи области частот кроссовера вызывает серьезные искажения в петле. Искаженный сигнал во временной области показан на рисунке 15.

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

Рисунок 14: Увеличенная амплитуда и искажение стимулирующего сигнала

Рисунок 15: Искажение во временной области

Одним из возможных решений этой проблемы является Vari-level (другие производители могут называть его «Shaped Level» или «Level Profile»).Концепция переменного уровня проста: амплитуда стимулирующего сигнала изменяется в зависимости от частоты. Если мы используем большой сигнал на низких частотах и ​​уменьшаем амплитуду до довольно малого уровня вблизи области кроссовера, чтобы он вызывал небольшие искажения в петле, теоретически мы можем получить идеальный результат.

В меню «Конфигурация» установите для параметра «Тип развертки» значение «Простой» на «Переменный уровень» и нажмите «Установить переменный уровень», чтобы открыть редактор профиля «Переменный уровень».

Рисунок 16. Установите тип сканирования на переменный уровень

На рис. 17 показан редактор профилей Vari-level.Параметр «Профиль» позволяет пользователю выбрать и сохранить до 4 профилей. Узлы задают количество узлов в трассе профиля, минимально допустимое количество узлов равно 2, поскольку по крайней мере 2 точки могут определять линию, и всегда первый и последний узлы задают начало и конец трассы. Нажмите Edit Table, чтобы войти в режим редактора профиля. Редактируемый параметр выделяется курсорами, а затем снова нажмите Edit Table, чтобы переключить курсоры между «Freq», «Ampl» и всей строкой, что позволяет пользователю перемещаться по всей таблице.Пользователи могут использовать ручку регулировки для установки выделенного параметра, а нажатие на ручку вызовет визуальную клавиатуру, которая позволяет напрямую вводить параметр. Опции Set Sweep и Set Stimulus в чем-то похожи на опции простого типа развертки, но они не коррелируют друг с другом. На этот раз мы устанавливаем режим развертки на «Декада», и достаточно 40 точек за декаду. В этом измерении используется профиль, показанный на рисунке 17. Это не оптимальный профиль для этой схемы, но с него можно начать.

Рисунок 17: Редактор многоуровневых профилей

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

Одним из практических способов сделать это является мониторинг сигнала во временной области, уменьшение амплитуды стимулирующего сигнала до тех пор, пока не перестанут наблюдаться видимые искажения, а затем уменьшение амплитуды еще на 6 дБ. Затем запишите амплитуду и частоту, перейдите на другую частоту и повторите процесс.

Существует лучший способ найти оптимальный профиль, если у вас уже есть заведомо исправный профиль.Уменьшите амплитуду сигнала на 6 дБ и запустите развертку, чтобы увидеть, изменится ли график. Если она изменится, уменьшите амплитуду еще на 6 дБ и повторите развертку. Пока результат не изменится, можно увеличить амплитуду на 6 дБ и это оптимальный профиль. Это отнимает много времени, но необходимо для получения значимого результата.

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

Рисунок 18: Результаты с Vari-level

3. Резюме

  Осциллограф Siglent с недавно выпущенным графиком Боде Ⅱ вместе с генератором сигналов Siglent и инжекционным трансформатором Picotest представляют собой очень гибкую и простую в использовании систему измерения контура управления источником питания.

Измерения коэффициента усиления петли Миддлбрука и Розенстарка

Двумя популярными способами измерения коэффициента усиления контура T цепи с отрицательной обратной связью являются метод двойной инжекции Миддлбрука [1] и метод Розенстарка с разомкнутой/короткой цепью [2].Каждый метод поддается как компьютерному моделированию, так и испытанию на стенде. Цель этого блога — развеять возможную путаницу между двумя методами, указав на сходства, различия и особенности.


Рисунок 1 Цепь отрицательной обратной связи.

На рис. 1 показана схема с отрицательной обратной связью в чистом виде: предполагается, что усилительный элемент (произвольно) является источником тока, управляемым напряжением; кроме того, все пассивные элементы на левой стороне соединения были объединены в эквивалентный импеданс Z 1 , а на правой стороне — в Z 2 .При отсутствии внешних входов схема находится в неактивном состоянии. Мы хотим найти его петлевой коэффициент усиления T . Я поклонник анализа коэффициента доходности [3, 4], поэтому я буду ссылаться на представление схемы на рис. 2а . Осмотр и закона о ОММ у нас I R = G M V = г м 9113- Z 1 || Z 2 ) I T . Сдача T = – I r / I t дает


Рисунок 2
Определение коэффициента усиления контура T схемы на рисунке 1 с помощью ( a ) анализа коэффициента возврата и ( b ) путем разрыва контура и надлежащего завершения его на обратной стороне.

Анализ коэффициента доходности требует, чтобы у нас был доступ к коэффициенту усиления моделирования зависимого источника. Это, безусловно, тот случай, когда мы имеем дело с моделью переменного тока на бумаге, как сейчас. Однако, сталкиваясь со схемой на уровне транзистора, будь то в ходе компьютерного моделирования или при тестировании ее на стенде, мы не имеем доступа к ее зависимому источнику, поскольку он «похоронен» внутри транзистора(ов), обеспечивающего усиление. . Альтернативный подход состоит в разрыве цепи обратной связи, подаче тестового сигнала в прямом направлении и измерении отклика на обратной стороне.Чтобы этот метод был успешным, мы должны завершить обратную сторону на том же импедансе , с которым столкнулся бы сигнал, если бы он продолжался по контуру. В данном случае это сопротивление равно Z 1 , как показано на рис. 2b . Теперь у нас есть V R R = — ( Z 1 || Z 2 ) G M V = — ( Z 1 || Z 2 ) Г м В т .Если T = – V r / V t , снова получим уравнение (1), как оно и должно быть.

Измеритель усиления контура Розенстарка

Оконечный импеданс Z 1 не всегда является самоочевидной или общеизвестной величиной. Блестящая идея Розенстарка состояла в том, чтобы выполнить пару измерений контура с обратной стороной, подключенной сначала к разомкнутой цепи , а затем к короткому замыканию , а затем соответствующим образом объединить два измерения для получения желаемого усиления контура T , независимо от Z 1 .Этот метод изображен на рис. 3 . По осмотру имеем

Рисунок 3 на КЗ найти T sc .

Определение

получаем

Подставляя G m = T /( Z 1 || Z 2 ) из уравнения (1), получаем после незначительной перестановки 9005

Умножение бок о бок дает

, которое легко решить для T , чтобы получить важное соотношение

Интересно, что T oc и T sc комбинируются по типу сопротивлений параллельно, так что если одно из них будет намного меньше другого, то меньшее будет доминировать.

Я поклонник усилителей с обратной связью по току (CFA), поэтому я буду использовать PSpice, чтобы применить метод Розенстарка к CFA, обсуждавшемуся в предыдущем блоге [5]. На рис. 4 показана пара моделей переменного тока, необходимых для измерения T oc и T sc , а на рис. 5 показаны результаты. Коэффициент усиления контура T пересекает линию 0 дБ на частоте 80,18 МГц, где он показывает фазовый сдвиг –89,82 o для запаса по фазе 90,18°, что согласуется с [5].


Рис. 4 Применение метода Розенштарка к модели усилителя с обратной связью по току (CFA) на переменном токе.

Мы видим, что T очень близко к T sc , что указывает на то, что обратная связь на входе в данном случае преимущественно токового типа (отсюда и причина названия этого типа усилителя). Чтобы получить количественное представление, мы используем уравнение (3) для получения следующего важного отношения

в нашей цепи у нас Z 1 = R N N 9114 = 25 Ω, и Z 2 = R G || ( R F + R о ) = 138.89||(1250 + 50) = 125,5 Ом, поэтому уравнение (5) предсказывает T oc / T sc = 125,5/5 = 5,02 или 14 дБ. Мы можем проверить это, используя низкочастотные асимптотические значения T oc и T sc , которые соответственно равны 1929 и 384,3, и отношение которых действительно равно 5,02, что указывает на 14-дБ сдвиг между два следа. Уравнение (5) предполагает, что если есть точка на петле обратной связи, где | Z 1 | Z 2 |, тогда у нас будет | T SC | T oc |, поэтому T sc может дать разумное приближение для

.


Рисунок 5 Графики T oc , T sc и T для CFA на рисунке 4.

T только с измерением короткого замыкания. По двойственным рассуждениям, разорвав петлю в точке, где | Z 2 | Z 1 | может дать адекватную оценку для T только при измерении разомкнутой цепи. В нашем примере CFA точка, где r o соединяется с R F , подходит для измерения разомкнутой цепи. У нас есть Z 2 = R O o = 50 Ω и Z 1 = R F 9112 + ( R G || R N ) = 1250 + (138.89||25) = 1271. Поскольку 1271/50 = 25,4, или 28 дБ, кривые теперь будут показывать сдвиг на 28 дБ, и ошибка, возникающая при аппроксимации T с T oc , будет на порядка 1/25, или 4%.

Не беспокоить! (условия смещения постоянного тока)

Приведенный выше метод обрыва цепи/короткого замыкания хорошо работает для цепей, представленных в виде модели переменного тока. Но что, если схема доступна на уровне транзистора, например биполярный транзистор с обратной связью смещения (рис. 6а )?

Рисунок 6 ( a ) Цепь смещения с обратной связью и ( b ) применение метода Розенштарка в точке X с использованием последовательно соединенных катушек индуктивности и шунтирующих конденсаторов подходящего размера.

Разрыв контура в любой из трех показанных точек, а затем введение разомкнутой цепи или короткого замыкания разрушит условия смещения постоянного тока и сделает цепь неработоспособной. Чтобы создать разомкнутую цепь переменного тока без нарушения условий постоянного тока, мы используем последовательную катушку индуктивности, которая действует как короткое замыкание на постоянном токе, и


Рисунок 7
Графики T oc , T sc и T для схемы на рисунке 6.

, размер которого мы выбираем достаточно большим, чтобы обеспечить достаточно высокий импеданс в интересующем диапазоне частот. По двояким соображениям, чтобы создать короткое замыкание на переменном токе без нарушения условий постоянного тока, мы используем шунтирующий конденсатор, который действует как размыкающий на постоянном токе, и размер которого мы выбираем достаточно большим, чтобы обеспечить достаточно низкий импеданс в интересующем диапазоне частот. На рис. 6 b показана пара схем PSpice, в которых воплощены вышеизложенные идеи, а на рис. 7 показан результат. Коэффициент усиления контура T пересекает линию 0 дБ в точке 6.02 МГц, где он имеет фазовый сдвиг –94,6 o для запаса по фазе 85,4 o .

Измерение усиления петли Миддлбрука

Метод Миддлбрука оставляет рабочую точку постоянного тока невозмущенной за счет того, что встраивает слабосигнальные источники переменного тока непосредственно в цепь, что позволяет избежать необходимости в больших катушках индуктивности и конденсаторах. Как показано на Рис. 8 ,

Рисунок 8 Т я .

источник последовательного испытательного напряжения В t заставляет цепь реагировать напряжением В f в прямом направлении и напряжением В r в обратном направлении. По двойному соображению, шунтирующий источник тестового тока I t заставляет схему реагировать током I f в прямом направлении и током I r в обратном направлении.Применяя узловой метод к схеме рис. 8а и метод петли к схеме рис. 8б , мы получаем

Определение

и заменив G m = T /( Z 1 || Z 2 ) из уравнения. (1), получаем

Перезапись как

и умножение рядом дает

Это легко решается для T , чтобы получить

Можно легко проверить, что альтернативное выражение имеет значение

.

Более того, переписав уравнение (7) как

, а затем деление бок о бок дает важную связь

Уравнение (9) показывает, что слагаемые 1 + T v и 1 + T i комбинируются в виде параллельных сопротивлений, поэтому, если одно из них будет намного меньше другого, меньшее будет доминировать.Физически, если Z 1 Z 2 , большая часть испытательного тока I t будет течь в Z 1 , тогда как 6 напряжение В t будет простираться к Z 2 , таким образом делая T v большим. Следовательно, в данном случае T приблизится к T i . И наоборот, если Z 2 Z 1 , большая часть V T будет распространяться на Z 1 , что делает T V Маленький, тогда как большинство I T будет течь к Z 2 , таким образом делая T i большими, показывая, что в этом случае T приблизится к T v .

Давайте воспользуемся программой PSpice для повторного измерения контурного усиления T нашего CFA, но вместо этого воспользуемся методом Миддлбрука. На рис. 9 показана пара моделей переменного тока, необходимых для измерения T v и T i , и . На рис. 10 показаны результаты.


Рисунок 9 Применение метода Миддлбрука к CFA на рисунке 4.

Рисунок 10 Участки T , T , T I и T , а также 1 + T V , 1 + T I и 1 + + T , для CFA, показанного на рис. 9.

Петлевой коэффициент усиления T пересекает линию 0 дБ на частоте 80,18 МГц, где он демонстрирует фазовый сдвиг –89,82° для запаса по фазе 90,18°, все из которых совпадают с результатами, полученными ранее методом Розенстарка. .

Обратите внимание, что ни V t , ни I t не появляются явно в уравнениях. (6)–(10). Это всего лишь стимулы, используемые для провоцирования реакции цепи прямыми сигналами V f и I f и обратными сигналами V r и I r s, поэтому их величина s (и даже их полярности) не имеют значения.

Мы также замечаем сходство между уравнениями Розенстарка. (4) и (5), а также уравнения Миддлбрука (9) и (10), за исключением наличия члена «+ 1» в последних уравнениях. Разница незначительна на низких частотах, где различные члены велики по сравнению с единицей. Однако он становится гораздо более выраженным по мере приближения к частоте кроссовера, что видно из сравнения (рис. 5, ) и (рис. 10а, ). Полезно также взглянуть на графики (рис. 10b ) и заметить, что они подчиняются уравнению (10).

На рис. 11 показано измерение коэффициента усиления цепи обратной связи смещения , рис. 6а , но с использованием метода Миддлбрука. Обратите внимание на отсутствие больших катушек индуктивности и конденсаторов.

Рис. 11

Все вместе

Подведем итоги подробного анализа усилителя тока (также называемого преобразователем I-I ) модели Рисунок 12 .В схеме используется усилитель напряжения с коэффициентом усиления без обратной связи

.

Где A V 0 — усиление постоянного тока ( A V 0 = 60 В / В), и ω 0 — угловая частота -3-DB ( Ω 0 = 62,832 = 2 π 10 4 рад/с, что соответствует 10 кГц). Давайте построим график коэффициента усиления по току с обратной связью с помощью схемы PSpice , рис. предоставление средств для измерения выходного тока.График Рисунок 13b показывает значение постоянного тока 1,9728 А/А и высокочастотную асимптоту 0,75 А/А.

Рисунок 12 Усилитель тока с коротким замыканием в качестве нагрузки.

Разработаем математическое выражение для коэффициента усиления по току в замкнутом контуре. Высокочастотная асимптота 0,75 А/А указывает на наличие сквозного прохождения сигнала вокруг усилителя, поэтому мы ожидаем следующее выражение [4] для коэффициента усиления с обратной связью

Рисунок 13 ( a ) Схема PSpice для усилителя тока, показанного на рисунке 12, и ( b ) коэффициент усиления по току с обратной связью.

Рисунок 14 Цепи PSpice для построения графика T с использованием ( a ) метода Розенстарка и ( b ) метода Миддлбрука.

, где A идеальное — значение A в пределе T → ∞, а сквозное усиление a ft — значение A 6 6 T в пределе 90.3

Мы можем легко измерить T с помощью метода Розенстарка или Миддлбрука.Удобная точка контура, где можно выполнить любой из этих тестов, — это инвертирующий вход усилителя, который имеет бесконечный импеданс, поэтому уравнения (5) или (10) предполагают, что достаточно только одного измерения , а именно T oc в случае Розенстарка. , или T v в случае Миддлбрука. Две схемы показаны на рис.Оба теста дают один и тот же график для T , который показан на рис. Частота кроссовера составляет около 445 кГц, а запас по фазе — около 90°.

Со ссылкой на схему Розенштарка отметим, что при распространении испытательного напряжения В t по петле оно сначала усиливается – a v , а затем ослабляется r o R 1 , делитель напряжения, чтобы в конечном итоге получить В oc (обратите внимание, что на R 2 нет падения напряжения, потому что R 0 нулей), поэтому мы получаем 5 нулей06 2

Глядя на Рисунок 14 , мы можем сказать, что схема Миддлбрука может быть получена от Розенстарка к

Рис. 15( b ) Показаны напряжения, участвующие в измерении Миддлбрука.

простая уловка поднятия испытательного источника V t над землей и подсоединения его к R 2 . В ответ на V T T , C цепь MiddleBrook производит напряжения V F и V R Так что их соотношение — V R / V F обеспечивает усиление петли T , при ограничении КВЛ V f V r = V t .Глядя на на рис. 15b , интересно наблюдать, как схема непрерывно регулирует с помощью отрицательной обратной связи V f и V r , чтобы удовлетворить оба вышеуказанных условия.

Затем найдем A идеальное и a футов , используя пределы T → ∞ и T → 0, которые по уравнению (12) достигаются, если → ∞ и a v → 0.Ссылаясь на рисунок 12, мы видим, что предел a v → ∞ подразумевает виртуальную землю на инвертирующем входном узле, поэтому R 1 и R 2 падают одинаковые напряжения, R 1 I I 1 = R = R I I 2 , где I 1 и I 2 — их токи. С года I 2 = I = , у нас I 1 = ( R 2 / R 1 ) I I , так что общий текущий Достижение нагрузки, от KCL, I O = I 1 + 1 + 2 = (1 + R 2 / R 1 ) I I .Взяв соотношение I o / I i получим

Позволяя A → 0 в Рисунок 12 Причины I I Для разделения между R O и R 1 , поэтому формула разделения текущей делителя дает

Вышеупомянутые коэффициенты усиления можно легко проверить, запустив схему PSpice . Рисунок 13a сначала с a v = 1 Мб (как приближение к бесконечности), затем с a v = 0.

Подстановка уравнений. (13) через (15) в уравнение (12) дает, после некоторых алгебраических манипуляций,

Обратите внимание на вклад сквозного усиления 0,75/90 = 0,833% в усиление по постоянному току 1,9728. Построение графика A ( s ) с помощью PSpice дает точно такую ​​же кривую , как на рис. частота 0,46 МГц и нулевая частота 1.21 МГц. Стоит отметить, что если бы мы исследовали схему (рис. 12 ) с помощью двухпортового анализа [5], мы не смогли бы получить уравнение (16).

Тест: Каково полное сопротивление нагрузки LD в схеме на рисунке 12? Проверьте с помощью SPICE.

Сравнение результатов двух методов

Часто оба метода дают идентичные результаты для T . Это относится к схемам CFA , рис. 4 и 9 , а также к схемам усилителя тока , рис. 14, .Однако бывают случаи, когда результаты могут несколько отличаться от , например, для цепей смещения обратной связи рис. , тогда как последний дает частоту кроссовера 6,22 МГц с фазовым сдвигом там -94,0°. Это несоответствие связано с неотъемлемым источником неточности метода Миддлбрука, как объясняется ниже.

Уравнение (7) Указывает, что над частотой кроссовера, где T → 0, у нас T V Z 2 / Z 1 и T I Z 1 / Z 2 , то есть 2 , то есть T V и T I Становится нечувствительным к T , чтобы доминировать только с помощью импедансов Z 1 и Z 2 .Следовательно, использование уравнения (8) для расчета T через T v и T i может дать неточные результаты. В частности, любые корни более высокого порядка, которые истинное петлевое усиление может показывать выше частоты кроссовера, скорее всего, будут искажены, если не проигнорированы. Чтобы преодолеть эти ограничения, Миддлбрук разработал улучшенный метод в [1].

Тем не менее, метод однократной подачи Миддлбрука находит широкое применение при оценке стабильности источников питания, когда цепь размыкается на выходном узле с низким импедансом, а T v измеряется путем включения простого последовательного трансформатора без необходимости для громоздких больших катушек индуктивности.

Серджио Франко — писатель и (теперь заслуженный) профессор университета.

Каталожные номера

[1] Р. Д. Миддлбрук, «Измерение коэффициента усиления контура в системах с обратной связью», Int.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.