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

Содержание

Методика измерения петли Фаза-Ноль - Электролаборатория

1.Цель проведения измерения.

       Измерение сопротивления петли  “фаза-нуль” проводится с целью проверки срабатывания защиты электрооборудования и отключения аварийного участка при замыкании фазы на корпус. По измеренному полному сопротивлению петли  “фаза-нуль” определяется ток однофазного короткого замыкания. Полученная расчетом величина тока сравнивает с номинальным током защитного аппарата.

2.Меры безопасности.

Пред началом работ необходимо:

  • Получить наряд (разрешение) на производство работ
  • Подготовить рабочее место в соответствии с характером работы: убедиться в достаточности принятых мер безопасности со стороны допускающего (при работах по наряду), либо принять все меры безопасности самостоятельно (при работах по распоряжению).
  • Подготовить необходимый инструмент и приборы.
  • При выполнении работ действовать в соответствии с программами (методиками) по испытанию электрооборудования типовыми или на конкретное присоединение.
  • При окончании работ на электрооборудовании убрать рабочее место, восстановив нарушенные в процессе работы коммутационные соединения (если таковое имело место).
  • Сдать наряд (сообщить об окончании работ руководителю или оперативному персоналу).
  • Оформить протокол на проведённые работы

Измерения сопротивления петли «фаза – нуль» необходимо производить, пользуясь диэлектрическими перчатками, предварительно необходимо обесточить испытуемую цепь. Только после отключения напряжения необходимо проводить подключение прибора с последующей подачей напряжения и проведением измерения.

3.Нормируемые величины.

      Измерения сопротивления петли “фаза-нуль” проводится в сроки, устанавливаемые графиком планово-предупредительного ремонта (ППР). По сопротивлению петли “ фаза-нуль”  Zфо (Ом) ток короткого замыкания Iкз (А) определяется по формуле  Iкз=Uср/Zфо

      где Uср — среднее значение питающего напряжения, В.

      В электроустановках до 1кВ с глухим заземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем:

  • в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя;
  • в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.

    При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (отсечку), проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженной на коэффициент, учитывающий разброс(по заводским данным), и на коэффициент запаса 1,1.

4.Определяемые характеристики.

Согласно ПУЭ в электроустановках до 1000В с глухозаземлённой нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых рабочих и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, который обеспечивает время автоматического отключения питания не превышающего значений, указанных в табл. 1.7.1.

Таблица 1.7.1 Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN

Номинальное фазное напряжение U0, В

Время отключения, с

127

0,8

220

0,4

380

0,2

Более 380

0,1

Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения электробезопасности, в том числе в групповых цепях, питающих передвижные и переносные электроприемники и ручной электроинструмент класса 1. В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.

Допускаются значения времени отключения более указанных в табл. 1.7.1, но не более 5 с в цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных щитов или щитков при выполнении одного из следующих условий:

1) полное сопротивление, защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком не превышает значения, Ом:

 

50=Zц/U0,

 

где Zц — полное сопротивление цепи «фаза-нуль», Ом;

U0 — номинальное фазное напряжение цепи, В;

50 — падение напряжения на участке защитного проводника между главной заземляющей шиной и распределительным щитом или щитком, В;

2) к шине РЕ распределительного щита или щитка присоединена дополнительная система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.

Допускается применение УЗО, реагирующих на дифференциальный ток.

А также ток возникающий при однофазном КЗ во взрывоопасных зонах должен превышать:

В 6 раз номинальный ток автоматического выключателя с обратнозависимой характеристикой

во взрывоопасном помещении.

В 4 раза номинальный ток плавкой вставки во взрывоопасном помещении

При защите автоматическими выключателями имеющими только электромагнитный расцепитель время отключения должно соответствовать данным таблицы 1.7.1

Для расчёта тока однофазного КЗ по результатам измерения сопротивления петли «фаза–нуль» используют следующую формулу:

Z = U / I,

 

где Z— сопротивление петли «фаза—нуль», Ом;

U — измеренное испытательное напряжение, В ;

I — измеренный испытательный ток, А..

По рассчитанному току однофазного КЗ определяют пригодность аппарата защиты установленного в цепи питания электроприёмника.

В системе IT время автоматического отключения питания при двойном замыкании на открытые проводящие части должно соответствовать табл. 1.7.2.

Таблица 1.7.2 Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы IT

Номинальное линейное напряжение U0, В

Время отключения, с

220

0,8

380

0,4

660

0,2

Более 660

0,1

Для определения времени отключения аппарата защиты после измерения сопротивления петли «фаза-нуль» и расчёта тока однофазного КЗ необходимо использовать время-токовые характеристики данного аппарата (смотри «Методику проведения испытаний автоматических выключателей и аппаратов управления напряжением 0,4кВ»).

5.Условия испытаний и измерений

Измерение сопротивления петли «фаза – нуль» следует производить при положительной температуре окружающего воздуха, в сухую, спокойную погоду. Атмосферное давление особого влияние на качество проводимых испытаний не оказывает, но фиксируется для занесения данных в протокол.

Влияние нагрева проводников на результаты измерений:

а) Рассмотрение повышения сопротивления проводников, вызванного повышением температуры.

Когда измерения проведены при комнатной температуре и малых токах, чтобы принять в расчет повышение сопротивления проводников в связи с повышением температуры, вызванного током замыкания, и убедиться для системы TN в соответствии измеренной величины сопротивления петли «фаза—нуль» требованиям таблицы 1.7.1, может быть применена нижеприведенная методика.

Считают, что требования таблицы 1.7.1 выполнимы, если петля «фаза—нуль» удовлетворяет следующему уравнению

                       Z S(m)≤ 2U0 / 3Ia,                       

 

Где ZS(m) — измеренная величина сопротивления петли «фаза—нуль», Ом;

U0 — фазное напряжение. В;

Ia — ток, вызывающий автоматическое срабатывание аппаратов защиты в течение времени, указанного в таблице 1.7.1., или в течение 5 с для стационарных электроприёмников

Если измеренная величина сопротивления петли «фаза—нуль» превышает 2 U0/3Iа, более точную оценку соответствия требованиям таблицы 1.7.1 можно сделать путем измерения величины сопротивления петли «фаза—нуль» в следующей последовательности:

— сначала измеряют сопротивление петли «фаза—нуль» источника питания на вводе электроустановки Ze;

— измеряют сопротивление фазного и защитного проводников сети от ввода до распределительного пункта или щита управления;

— измеряют сопротивление фазного и защитного проводников от распределительного пункта или щита управления до электроприемника;

— величины сопротивлений фазного и нулевого защитного проводников увеличивают для учета повышения температуры проводников при протекании по ним тока замыкания. При этом необходимо учитывать величину тока срабатывания аппаратов защиты;

— эти увеличенные значения сопротивления добавляют к величине сопротивления петли «фаза—нуль» источника питания Ze и в результате получают реальную величину ZS в условиях замыкания.

  1. Применяемые приборы, инструменты и аппараты.

      Измерения проводятся специальным приборами типа EurotestXE 2,5 кВ MI 3102H, позволяющим определять полное сопротивление петли “фаза-нуль” при наличии напряжения на источнике питания в электроустановках напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора. Во время работы применяют инструмент с изолированными ручками и индикатор напряжения.

  1. Методика проведения измерения.

      7.1 Полное сопротивление контура и предполагаемый ток короткого замыкания

В данной функции доступны две подфункции измерения полного сопротивления контура: Подфункция Z LOOP применяется для измерения полного сопротивления контура в системах питания без встроенного УЗО. Подфункция Zs (узо) – функция блокировки срабатывания УЗО – применяется для измерения полного сопротивления контура в системах питания со встроенным УЗО.

 

7.1.1. Полное сопротивление контура

Полное сопротивление контура представляет собой полное сопротивление контура  повреждения при возникновении короткого замыкания на открытых проводящих частях (замыкание между фазным проводником и защитным проводником заземления).

7.1.2. Порядок проведения измерения полного сопротивления контура

Шаг 1.  С помощью переключателя функций выберите функцию Контур. Используя кнопки, выберите подфункцию полного сопротивления контура Z LOOP

. Подключите измерительный кабель к прибору EurotestХЕ 2,5 кВ.

Шаг 2. Установите следующие параметры измерения:

􀂉 Тип предохранителя,

􀂉 Номинальный ток предохранителя,

􀂉 Время срабатывания предохранителя,

􀂉 Масштабный коэффициент IPSC

Шаг 3. Для измерения полного сопротивления контура подключите прибор к испытываемому объекту в соответствии со схемой соединения, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1: Подключение измерительного кабеля с вилкой и 3-проводного измерительного кабеля

 

Шаг 4.  Перед началом измерения проверьте отображаемые на дисплее предупреждения и оперативное напряжение / выходной монитор. Если измерение разрешено, нажмите кнопку TEST. После завершения измерения на дисплее отображаются результаты измерений и оценка результата.

Отображаемые результаты:

Z ………….Полное сопротивление контура,

ISC ………..Предполагаемый ток короткого замыкания,

Lim ………Минимальный предел предполагаемого тока короткого замыкания (если применяется).

Примечания:

􀂉 Измерительные выводы L и N автоматически заменяются в следующих случаях: если измерительные провода L/L1 и N/L2 (3-проводный измерительный кабель) подключены в обратном порядке, если выходы сетевой вилки перепутаны или если щуп «commander» перевернут.

􀂉 Минимальный предел тока короткого замыкания зависит от типа предохранителя, номинального тока и времени срабатывания предохранителя, а также от масштабного коэффициента IPSC.

􀂉 Указанная погрешность измеренных параметров действительна только тогда, когда сетевое напряжение стабильно во время измерений. 􀂉 Измерение полного сопротивления контура в подфункции Z LOOP приводит к срабатыванию УЗО.

 

7.1.3. Функция блокировки срабатывания УЗО

В данной подфункции Zs (узо) измерение полного сопротивления контура не вызывает срабатывания УЗО, благодаря низкому измерительному току. Данная подфункция также может применяться для измерения полного сопротивления контура в электроустановках, оснащенных УЗО с номинальным током срабатывания 10 мA.

 

7.1.4. Порядок проведения измерения полного сопротивления контура в функции блокировки срабатывания УЗО

Шаг 1. С помощью переключателя функций выберите функцию Контур. Используя кнопки, выберите подфункцию блокировки срабатывания УЗО Zs (узо). Подключите измерительный кабель к прибору EurotestХЕ 2,5 кВ.

Шаг 2. Установите следующие параметры измерения:

􀂉 Тип предохранителя,

􀂉 Номинальный ток предохранителя,

􀂉 Время срабатывания предохранителя,

􀂉 Масштабный коэффициент IPSC

Шаг 3. Для измерения полного сопротивления контура в функции блокировки срабатывания УЗО подключите прибор к испытываемому объекту в соответствии со схемой соединения, приведенной на рисунке 1. При необходимости воспользуйтесь меню помощи.

Шаг 4.  Перед началом измерения проверьте отображаемые на дисплее предупреждения и оперативное напряжение / выходной монитор. Если измерение разрешено, нажмите кнопку TEST. После завершения измерения на дисплее отображаются результаты измерений и оценка

результата.

Отображаемые результаты:

Z ………….Полное сопротивление контура,

ISC ………..Предполагаемый ток короткого замыкания,

Lim ………Минимальный предел предполагаемого тока короткого замыкания (если применяется). Сохраните отображенные результаты с целью дальнейшего документирования.

 

Примечания:

􀂉 При проведении измерения полного сопротивления контура в функции блокировки срабатывания УЗО, срабатывания УЗО, как правило, не происходит. Однако срабатывание УЗО может произойти вследствие протекания тока утечки по РЕ-проводнику или в случае наличия емкостного соединения между фазным и защитным проводниками.

􀂉Указанная погрешность измеренных параметров действительна только тогда, когда сетевое напряжение стабильно во время измерений.

 

7.2. Полное сопротивление линии и предполагаемый ток короткого замыкания

Полное сопротивление линии – это полное сопротивление токовой петли при возникновении короткого замыкания между фазным и нулевым проводниками в однофазной системе или между двумя фазными проводниками в трехфазной системе.

 

7.2.1Порядок проведения измерения полного сопротивления линии

Шаг 1. С помощью переключателя функций выберите функцию Линия.

Подключите измерительный кабель к прибору EurotestХЕ 2,5 кВ.

Шаг 2. Установите следующие параметры измерения:

􀂉 Тип предохранителя,

􀂉 Номинальный ток предохранителя,

􀂉 Время срабатывания предохранителя,

􀂉 Масштабный коэффициент IPSC

Шаг 3. Для измерения сопротивления линии фаза – фаза или фаза – нейтраль подключите прибор к испытываемому объекту согласно схеме соединений, приведенной на рисунке 2.

Рисунок 2: Подключение измерительного кабеля с вилкой или 3-проводного измерительного кабеля при измерении полного сопротивления линии

Шаг 4 Перед началом измерения проверьте отображаемые на дисплее предупреждения и оперативное напряжение / выходной монитор. Если измерение разрешено, нажмите кнопку TEST. После завершения измерения на дисплее отображаются результаты измерений и оценка результата

Отображаемые результаты:

Z ………….Полное сопротивление линии,

ISC ………..Предполагаемый ток короткого замыкания,

Lim ………Минимальный предел предполагаемого тока короткого

замыкания (если применяется).

Примечания:

􀂉 Минимальный предел тока короткого замыкания зависит от типа предохранителя, номинального тока и времени срабатывания предохранителя, а также от масштабного коэффициента IPSC.

􀂉 Указанная погрешность измеренных параметров действительна только тогда, когда сетевое напряжение стабильно во время измерений.

 8.Оформление результатов измерений.

Первичные записи рабочей тетради должны содержать следующие данные:

-дату измерений

-температуру,

-влажность и давление

-наименование, тип, заводской номер оборудования

-номинальные данные объекта испытаний

-результаты испытаний

-используемую схему

По данным испытаний и измерений производятся соответствующие расчёты и сравнения. Вычислив ток однофазного КЗ необходимо определить время срабатывания защитного аппарата по его время-токовой характеристике, и затем дать заключение о времени срабатывания выключателя и его соответствии требованиям ПУЭ. Пример работы с время- токовой характеристикой автоматического выключателя, выполненного в соответствии с ГОСТ Р 50345-99 представлен на рисунке 5. Определённый (измеренный, рассчитанный) ток однофазного КЗ откладывается на время-токовой характеристике в виде вертикальной прямой линии. Токи правее зоны срабатывания обеспечивает срабатывание автоматического выключателя со временем менее 0,4 с. Токи внутри зоны срабатывания обеспечивают отключение автоматического выключателя со временем менее 5 с. Таким образом считаем, что для обеспечения требуемого времени срабатывания автоматического выключателя в пределах менее 0,4 с, ток КЗ должен превышать 10Iн для автоматического выключателя с характеристикой типа С (работает электромагнитный расцепитель).

 

Рисунок 3. Работа с время-токовой характеристикой автоматического выключателя с характеристикой типа С

Если время срабатывания автоматического выключателя должно быть не более 5 с, то в этом случае считаем, что наиболее вероятно срабатывание обратнозависимого расцепителя, поэтому для определения зоны срабатывания необходимо пользоваться индивидуальной время-токовой характеристикой конкретного автоматического выключателя. На рисунке 5 индивидуальная время-токовая характеристика построена черной линией, принципы построения данной индивидуальной характеристики описаны в «Методике проведения испытаний автоматических выключателей и аппаратов управления напряжением 0,4кВ». При работе с время токовой характеристикой автоматических выключателей промышленного исполнения уставка электромагнитного расцепителя считается основой для определения времени срабатывания. Соответственно при величине однофазного тока КЗ, превышающем уставку электромагнитного расцепителя, считаем, что автоматический выключатель отключится за время меньше 0,4 с. Для определения тока однофазного КЗ при котором автоматический выключатель отключится с временем не более 5 с необходимо, как и в первом случае, пользоваться индивидуальной время-токовой характеристикой для конкретного автоматического выключателя. Цепи с применением УЗО в качестве дополнительных защитных устройств также необходимо проверять на соответствие полного сопротивления петли «фаза-нуль» и времени срабатывания защитных аппаратов, реагирующих на сверхток.

Проверка петли фаза ноль

Такой тип электроизмерительных работ используется для того, чтобы установить соответствие существующей электросети требованиям безопасности на случай аварийных ситуаций. С помощью специальных приборов мастера электролаборатории производят контроль срабатывания автоматической защиты в момент возникновения неисправностей, а также рассчитывают полное сопротивление, которое оказывает петля фаза ноль, при однофазном коротком замыкании.

Измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль»

Предприятия и организации должны регулярно проводить подобные работы, так как согласно существующим ГОСТ измерение петли фаза ноль является одним из обязательных пунктов контроля состояния электрооборудования. Частные лица могут  осуществлять замер петли фаза ноль при возникновении проблем в домашней электросети или в профилактических целях. Ведь при наличии неисправностей в цепи, простое короткое замыкание приводит к таким серьезным последствиям как поломка электротехники и возникновение пожароопасной ситуации.

Существует несколько способов высчитать полное сопротивление петли фаза нуль. В одном из них используются амперметр и вольтметр. Специалисты искусственно воссоздают ситуацию однофазного короткого замыкания и самостоятельно производят все необходимые вычисления. Такой метод работы требует большого количества времени и отключения электросети, поэтому он считается устаревшим и малоэффективным.

Наши мастера производят измерение сопротивления петли фаза ноль с помощью высокоточного прибора MZC-300. Он создан специально для осуществления электроизмерительных работ электроустановок, в которых из-за реактивного сопротивления существует большой уровень погрешности. Именно поэтому показания MZC-300 характеризуются высочайшей точностью. Используя этот прибор, мы можем в короткий срок произвести все необходимые измерения и испытания, которые впоследствии вносятся в протокол сопротивления петли фаза ноль. При этом нет необходимости отключать электроснабжение и электрозащитные установки, все измерения осуществляются в рабочем режиме, под напряжением.

Проверка петли фаза ноль производится в соответствии с техническим регламентом электроизмерений, требованиями безопасности при проведении электроизмерительных работ, а также с учетом специфических особенностей электроустановки. По завершению всех требуемых измерений специалисты составляют протокол петля фаза ноль.

Похожие статьи

Поддержите наш проект, поделитесь ссылкой!

Измерение сопротивления петли фаза-ноль в Туле

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

Главное назначение этого тестирования – это определение того, как поведет себя защитная автоматика при коротком замыкании в сети. Это нештатная ситуация, возникает при повреждении кабеля или его изоляции.

Если электрическое оборудование имеет заземленную нейтраль, то его нулевой и защитный проводники связаны нейтральной линией в трансформаторе. Все это соответственно соединено с контуром заземления. Контур же, образованный полученным соединением и фазным проводником и называется петля фаза – ноль. Измерение петли фаза ноль, должно показать время, за которое сработают автоматы защиты электрического оборудования.

Мы выполняем измерение сопротивления петли «фаза-ноль» на основе действующего свидетельства о регистрации электролаборатории, с учетом действующих нормативных документов: Правил Устройства Электроустановок, Правил Технической Эксплуатации Электроустановок Потребителей, ГОСТ и других.

На основании проделанных работ, наши специалисты составляют протокол и технический отчет. Мы предоставляем заказчикам выводы относительно проведенных измерений, рекомендации насчет дальнейшей эксплуатации и устранения неполадок.

Определение полного сопротивление петли «фаза-нуль»

Проверка сопротивления петли «фаза-нуль» необходимо для надежной защиты электроустановки в случае возникновения аварийных режимов. Электроустановки до 1000В, имеющие глухозаземленную нейтраль, в момент различных повреждений, сохраняются в рабочем состоянии с помощью отключения поврежденного участка с минимальным по времени показателем. При возникновении аварийного режима между фазным и, соединенным с нейтралью генератора, нулевым проводами образуется токопроводящий контур, который состоит из цепи фазного и нулевого проводников. Такую цепь называют петля «фаза-нуль».

Межфазное короткое замыкание имеет большую силу тока, чем однофазное. Сопротивление петли «фаза-нуль» должно быть максимально маленьким, именно в этом случае ток короткого замыкания петли будет наибольшим и защита сработает максимально быстро. Процесс измерения петли «фаза-нуль» необходим для того, чтобы определить время срабатывания защитных устройств в зависимости от их характеристик.

Характеристики, влияющие на сопротивление

Необходимо учитывать, что на сопротивление петли фаза-ноль влияют сразу несколько факторов:

  • Длина линии;
  • Сечение проводников;
  • Способ соединения участков;
  • Количество контактных соединений;
  • Качество прокладки линии;
  • Характеристики силового трансформатора.

Измерение фазы-ноль проводится в два шага:

  1. Тщательный внешний осмотр:

    • Сечений отходящих линий;
    • Силовых щитов и сборок на наличие механических повреждений;
    • Автоматических выключателей и предохранителей.
  2. Сам процесс измерения:

    • Замер производим на самой удаленной точке линии;
    • Составление заключения по итогам проверки.

Проверка соответствия группового автомата производится измерение петли фаза-ноль в самой удаленной точке. Поскольку чем длиннее линия электропередач, тем больше ее сопротивление, а значит ток короткого замыкания будет на конце этой электропроводки. Основная цель измерения узнать сработает защитный автомат во время короткого замыкания или нет.

Любительскими приборами измерить петлю фаза-ноль практически невозможно из-за больших величин и погрешности. Для точных измерений используют приборы повышенного класса точности. Они требуют специальных навыков и умений. Также прибор необходимо регулярно проверять в метрологической службе. Поэтому данную работу лучше доверить профессионалам. Специалисты нашей компании смогут провести измерение петли фаза-ноль по Туле и области.

Полезные страницы

Измерение петли фаза-нуль

Замер полного сопротивления цепи "фаза-нуль"

Измерение полной петли фаза-нуль, выполняемое в электроустановках до 1000В, имеющих глухозаземлённую нейтраль, производится согласно ПТЭЭП для осуществления контроля за срабатыванием защиты в автоматическом режиме при замыкании фазы на защитный нулевой проводник или на землю. Такие электроизмерения выполняет любая электроизмерительная лаборатория, в том числе и наша.

 

Измерение петли фаза-нуль

Разработано и выпущено огромное количество измерительных приборов, которые предназначены для выполнения такой операции, как замер сопротивления петли "фаза-нуль". Производителями представлены как отечественные, так и зарубежные варианты измерительных устройств. Отличаются они друг от друга чувствительностью и количеством, а также видами проводимых замеров. Среди часто используемых вариантов MZC-300, MI-3102H.

Целесообразно проводить замер полного сопротивления цепи фаза-нуль для потребителей, которые удалены или имеют большую мощность. Вывод о работоспособности электроустановки можно сделать при наличии 10% от всего количества имеющихся потребителей. Для вычисления полного сопротивления петли фаза-нуль суммируется треть полного сопротивления трансформатора, осуществляющего питание и полное сопротивление кабельной линии петли фаза-ноль. По полному сопротивлению возможен расчёт тока короткого замыкания (однофазного). Если при расчёте обнаруживается, что ток завышен на более, чем 30% относительно установленных допустимых значений, указанных в ПУЭ, то возникает необходимость в проведении непосредственных расчётов тока короткого замыкания (пониженное напряжение).

Проводиться измерение петли фаза-ноль может в таких вариантах:

  • • замер полного сопротивления цепи фаза-нуль амперметром и вольтметром с выполнением подсчётов тока короткого замыкания (однофазного) и совпадений его уставкам автоматов;
  • • измерение реального тока замыкания с использованием приборов MZC-300, MI-3102H;
  • • замер сопротивления петли "фаза-нуль" с применением прибора М-417.

В том случае, если проверка цепи фаза-нуль осуществляется при помощи амперметра и вольтметра, трансформатор следует отключить и обеспечить включение автоматического выключателя на линии питания, которая проверяется до потребителя. Далее ток подаётся на первичную обмотку от трансформатора, расположенного на самом близком расстоянии. Необходимо выполнить подключение вывода вторичной обмотки к нулевому проводнику. Подключение другого полюса осуществляется к фазному проводу между выключенным трансформатором и автоматом потребителя, находящимся во включённом состоянии. Чтобы имитировать замыкание, выполняют объединение фазы с корпусом.

Ток, рекомендованный для замера – не менее 10А. В соответствии с определёнными пунктами ПУЭ ток короткого замыкания в три или больше раз должен быть выше тока защитной вставки предохранителя. Необходимо при электромагнитном расцеплении обеспечить отключение с запасом в 10% и более. В случае отсутствия данных завода-производителя, принимается кратность тока к уставке, равная 1,4 для выключателей до 100А. Данное значение для автоматических выключателей выше 100А составляет 1,25.

 

Проверка петли фаза ноль в Москве, цена измерений от 140 руб

Понятие петли фаза-ноль

Электроустановки, имеющие напряжение до 1000 вольт и нейтраль глухого заземления, должны иметь металлическую связь между частями, которые необходимо заземлять, и нейтралью установки, также подлежащей заземлению. 

Нужно обязательно измерить показатель сопротивления петли, возникающей в условиях КЗ. Показатель этого сопротивления равняется следующей сумме:  полному сопротивлению, которое показывает фазовый провод; сопротивлению трансформаторной фазы; сопротивлению, которое показывает нулевой провод.

Образование петли фаза ноль в электрических установках, имеющих глухозаземлённую нейтраль, происходит, когда фазный провод замыкается на нулевой провод либо на корпус электрического оборудования. Чаще всего это случается, когда повреждена изоляция проводки. 

Уровень сопротивления петли ФН зависит от нескольких факторов:  сечения кабельных жил; протяжённости кабеля; сопротивления на переходах соединительных коробок линии. Все параметры измеряют на участке, имеющем максимальное удаление от защитного аппарата.

Для чего нужны замеры?

Если оборудование или электропроводка повреждены в результате КЗ, защитная система должна мгновенно отключать участок электроцепи, который повреждён. Измерение нужно для того, чтобы проверить, насколько соответствуют уставка отсечки тока автовыключателей, реле и других автоматических устройств току КЗ.  Иными словами, необходимо понять, станет ли защитная система отключать повреждённый участок и в какое время это произойдёт.

Благодаря такой проверке можно определить уровень качества монтажа электрической проводки, а также подобрать правильное сечение проводов и защитную автоматику. Замер сопротивления контура поможет обеспечить электробезопасность на производстве в Москве и Московской области. Это обязательный вид испытаний.

Потребность в проведении такого измерения возникает в трех ситуациях:

  1. при проведении первичных испытаний объекта — вводе в эксплуатацию электрических сетей после монтажа или реконструкции;
  2. по требованию контролирующих органов, запрашивающих отчёт;
  3. в целях контроля электробезопасности сетей.

Измерители параметров петли фаза-ноль

Измерители параметров петли фаза-ноль

При обслуживании электроустановок очень важно соблюдать правила безопасности и использовать целесообразные приспособления, особенно это касается случаев, когда возникают пробои на корпус и требуется отключение оперативное вмешательство, заключающиеся в отключении участка с минимальным простоем и устранением неполадок. В момент замыкания фазных проводов на соединенные с нейтралью трансформатора нулевые провода или на корпус установки, формируется петля фаза-ноль - контур, представляющая собой совокупность фазных цепей и нулевых проводников. Для того, чтобы оперативно выявить причину потребуются измерители параметров петли фаза-ноль.

Использование измерителей фаза-ноль

Для получения сведений о сопротивлении петли фаза-ноль используются измерители параметров петли фаза-ноль. В зависимости от модификации одни требуют отключения питания, другие нет. Наиболее востребованными приспособлениями являются приборы на базе микропроцессоров, которые позволяют снять и автоматически рассчитать токи короткого замыкания на основании показания сопротивления петли, без обесточивания линии. Данные приборы упрощают испытательный процесс, делая его отношению к изучаемым линиям и защитным аппаратам более щадящим. С помощью некоторых модификаций возможно производить изучение показателей, не исключая из испытываемых линий УЗО, так как они не провоцируют их активацию. В данном случае измерение проходят на конечных точках проводников, пребывающих под защитой аппаратов от сверхтоков. Для получения точных сведений по петле фаза-ноль обязательными этапами являются снятие измерений по сопротивлению защищающих проводников проверка их непрерывности.

Как производится расчет петли фаза-ноль                               

Расчет петли фаза-ноль – необходимое мероприятие, осуществляемое в момент проектных работ и позволяющее своевременно согласовать параметры кабельных линий и защитных аппаратов от сверхтоков. Все расчеты рекомендуется производить комплексно, уделяя внимание мощности нагрузки, cos φ, длине кабельной линии, сечению жилы, виду монтажа, падению напряжения на линии, полному расчетному показателю сопротивления петли, прогнозируемому току короткого замыкания, номинальному току защитного аппарата и характеристикам защитного аппарата.

Замеры петли фаза-ноль могут быть произведены несколькими способами, для каждого из которых требуется создание определенных условий.

Получение сведений возможно:

  • методом падения напряжения при отключенных цепях;
  • методом падения напряжения при нагрузочном сопротивлении
  • посредством короткого замыкания цепи.

Мнения профессионалов, о том, что самым оптимальным и безопасным вариантом является метод падения напряжения при нагрузочном сопротивлении солидарны , более того, данный способ рекомендован ГОСТом. Для произведения замеров ООО «ПРИНЦИП» рекомендует привлекать только надежные устройства от проверенных производителей.

Измерители параметров петли фаза-ноль, которые поставляем мы

ООО «ПРИНЦИП» - компания, предоставляющая конкурентоспособные измерители параметров петли фаза-ноль от ведущих мировых производителей стран СНГ. Все приборы – это современные устройства, позволяющие получить точные сведения быстро и без каких-либо затруднений.

Перед тем, как приобрести измерители для расчета петли фаза-ноль, следует определиться со следующими параметрами:

  • диапазоном измерений напряжения между заземляющими и фазными проводами;
  • предельно допустимой погрешностью;
  • показателем входного сопротивления (активного) при получении сведений о напряжении между фазными и заземляющими проводами;
  • измерительным диапазоном для сопротивления цепи фаза-нуль;
  • функциональностью, под которой подразумеваются возможности прибора, такие как, способность вычислять ожидаемый ток короткого замыкания в цепях «фаза-нейтраль», сохранять полученные сведения в память устройства, защищать ограничительный резистор от перегревания, определять правильность подключения проводов и т. д.;
  • габаритами и способом питания.

Для своих клиентов, с целью облегчить выбор измерителя параметров петли фаза-ноль на каждую модификацию предложено полное достоверное описание с техническими характеристиками, эксплуатационные условия и перечень входящих в комплект элементов. При этом, по необходимости покупатели могут доукомплектовать приборы дополнительными аксессуарами.

При возникновении сложностей с выбором измерителей рекомендуем воспользоваться консультацией наших менеджеров, готовых доступно предоставить исчерпывающую информацию о любом наименовании из каталога и по необходимости, исходя из индивидуальных потребностей, порекомендовать оптимальные варианты.

Мы гарантируем лояльные условия и приборы с высокими характеристиками, позволяющие получать точные сведения и бесперебойно функционировать долгий срок.

Измерение петли фаза-ноль - ElectrikTop.ru

Если в вашем доме или квартире регулярно срабатывают автоматические выключатели на вводах (перед электросчетчиком), и даже увеличение их номинала не дает результата – невозможно, например, одновременно включить стиральную машину и электрический чайник, то вам стоит провести замер полного сопротивления цепи. На языке профессионалов эта процедура называется «измерение сопротивления петли фаза-ноль».

Что такое петля фаза-ноль?

В силовых подстанциях напряжением до 1 тыс. вольт, с которых подается электроэнергия бытовым потребителям, выходные обмотки трехфазного трансформатора соединены звездой – c так называемой глухозаземленной технической нейтралью. По ней, вследствие естественного перекоса фаз, не выходящего за пределы норм эксплуатации электроустановок, может течь ток.

Теперь условно представьте, что вы единственный потребитель на линии и у вас есть только один электроприбор – электрическая лампочка. Один конец подающейся вам фазы подключен к технической нейтрали трансформатора, другой – к центральной клемме (надеемся, что это именно так) электропатрона. Через нить лампы она соединяется с нейтральным проводом.

Так образуется непрерывное кольцо, по которому циркулирует электрический ток. Вот оно и называется петлей фаза-ноль, которая обладает сопротивлением, складывающимся из удельного сопротивления проводников и нити лампы накаливания.

На практике количество элементов, составляющих полное сопротивление цепи, может быть значительно большим. Часть из них является естественным условием нормальной эксплуатации электроустановки. Другие возникают в результате нарушений, которые до поры до времени не приводят к катастрофическим последствиям.

Например, дома у вас могут быть ослаблены скрутки в клеммных коробках. Они способны добавить в общую копилку до сотен Ом! А на уличном столбе треснувший изолятор отдает часть фазы земле или заброшенный мальчишками на провода воздушный змей частично закорачивает электролинию и вызывает едва заметное – на пару вольт, падение напряжения. Вот именно эти нарушения и выявляются измерением петли фаза-ноль.

Почему срабатывают автоматы на вводах

Причины частого и необъяснимого срабатывания автоматов на вводах бывают двух типов:

  1. Внешние, обусловленные нарушениями в работе электролинии.
  2. Внутренние, из-за неисправности электропроводки в доме.

Внешние характеризуются стойким несоответствием норме номинала напряжения. Например, оно у вас постоянно не 220, а 200 вольт. Это сопровождается увеличением силы тока, протекающего по вашей домашней электропроводке. Увеличение номинала автоматического выключателя на входе, например, с 25 до 40 А в этом случае вам ничего не даст, кроме того, что сам автомат будет нагреваться, а при дальнейшем вашем упорствовании может даже эффектно взорваться.

Внутренних причин несколько. Самые распространенные из них:

  • Неплотный контакт в клеммных коробках.
  • Не соответствующее номиналу тока сечение проводов.
  • Уменьшение сопротивления изоляции проводов в результате естественного старения.

Внешне они проявляются нагревом проводников и скруток. Поэтому установка более мощных автоматических выключателей приведет к пожару. Конечно, можно потратить день на то, чтобы руками перещупать все розетки, провода и скрутки в доме. Но, во-первых, это чревато электротравмой. И, во-вторых, слишком субъективно. Измерение даст лучший результат.

Как и чем измерять

Сразу скажем, что замерить сопротивление петли фаза-ноль на внешнем контуре (от силовой подстанции до вводов в дом) могут только лица из оперативно-технического персонала местного РЭС. Вам этого делать категорически нельзя. Во-вторых, это сделать не удастся из-за отсутствия нужных приборов, а если и получится, то вы не сможете воспользоваться полученным значением. Ведь вам не с чем его сравнивать – у вас нет доступа к протоколам испытаний электрической сети.

Дома вы можете сделать это двумя способами:

  1. Использовать сетевое напряжение и прибор с эталонным сопротивлением.
  2. Протестировать схему с помощью внешнего источника напряжения.

Перед началом измерений вам надо определить общую длину электрических проводников и вычислить их удельное сопротивление. При этом вы должны считать, что их сечение соответствует нормам электробезопасности при пропускании через них тока, сила которого равна номиналу автоматических выключателей на вводе. После этого рассчитываете сопротивление всех энергопотребителей, для чего делите квадрат напряжения на величину их паспортной мощности. Полученное значение суммируете с удельным сопротивлением проводников.

Измерение прибором с эталонным сопротивлением

В этом случае вы оставляете домашнюю электропроводку подключенной к электрической сети. Находите самую дальнюю от вводных автоматов розетку. Если контуров несколько, то измерение проводятся отдельно для каждого. Ваша цель – установить величину падения напряжения при включении эталонного сопротивления в цепь измерителя.

Если у вас нет специальных приборов для таких измерений, то используйте мультиметр и сопротивление 100 Ом, рассчитанное на работу с напряжением 230 вольт. Установив количество вольт в розетке без нагрузки, подключаете эталонное сопротивление к нейтральной линии и повторяете опыт.

После этого вам надо сравнить расчетное падение напряжения с фактическим, эти значения не должны отличаться более чем на 5–6 вольт. Проведя подобные опыты с каждой розеткой, и сдвигаясь при этом в сторону вводных автоматов, вы найдете проблемную клеммную коробку или участок проводки.

От необходимости проводить вычисления после опытов вас избавят приборы MZC-300 или ИФН-200, они выводят на дисплей значение сопротивления тестируемого участка цепи.

Измерение с внешним источником напряжения

Внешним источником напряжения может стать гальванический мегомметр. Однако при его использовании надо принять меры предосторожности и подготовить электропроводку.

  • Отключить внешнюю сеть.
  • Закоротить выходные клеммы автоматического выключателя на вводах или в ближайшей клеммной коробке.
  • Отключить всех потребителей от розеток, вместо них установить эталонные сопротивления по 100 Ом каждое.
  • Вместо светодиодных и люминесцентных ламп (экономок) установить лампы накаливания.
  • Если есть дифавтоматы (АВДТ) или УЗО, установить между входными и выходными клеммами с маркировкой N перемычки из проводников того же сечения, что и в фазной линии.

Предел измерений мегомметра устанавливается по шкале кОм. Произведите опыт на самой дальней розетке и сравните полученное значение с вычисленной суммой удельного сопротивления проводников, всех эталонных сопротивлений в розетках и ламп в светильниках.

Измерение полного сопротивления цепи фаза-ноль является частью регламента по обслуживанию электрических сетей и электроустановок. Оно дает наиболее точную картину их состояния.

Поэтому результаты протоколируются и являются основанием для проведения ремонта или нахождения виновных в случае чрезвычайных ситуаций. В бытовых условиях оно применяется редко. Однако вы можете провести его и самостоятельно. При этом надо строго соблюдать все меры электробезопасности.

Как устранить рассогласование контура фаза-нуль. Измерение сопротивления цепи «фаза ноль

».

Измерения сопротивления контура фаза-ноль и токов однофазных замыканий. проводится с целью проверки временных параметров работы устройств защиты электрооборудования от сверхтоков при замыкании фазы на корпус.

Мы все хотим, чтобы питание нашего электрооборудования было безопасным и безупречным, но не всегда то, что мы хотим, может быть признано действительным.В процессе безжалостной эксплуатации энергосистемы и электрооборудования пользователи забывают, что ее необходимо периодически осматривать и заранее выявлять все возможные неисправности. Не ждите, пока в недрах скрытой электропроводки пропадет фаза, а для включения электрооборудования срочно нужно искать калоши и диэлектрические перчатки, подпирая палкой постоянно отключающийся автоматический выключатель. Как уберечься от неприятностей, свалившихся на 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 нужно измерять сопротивление цепи фаза-ноль.

Проводятся измерения сопротивления контура «Фаза-Ноль» и токов однофазных КЗ:

  • перед приемкой электрооборудования в эксплуатацию;
  • в срок, определяемый графиком профилактического обслуживания;
  • после капитального ремонта электрооборудования.

Пример:

Был измерен контур фаза-ноль в библиотечной комнате. Измеряемая линия питается от блока СК автоматическим выключателем с номинальным током 16 (А) и характеристикой «С». Как я уже сказал, мы 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 проводится в рабочем контуре (фаза - ноль).

Однофазный измеренный ток короткого замыкания, который показал нам устройство, был 87 (А).

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

При токе 87 (А) выключатель электромагнитной защиты не сработает, но сработает тепловая защита, время задержки которой составит несколько секунд (более 0.4 секунды - ПУЭ). В это время велик риск возгорания или возгорания электропроводки.

Заключение:

В моем примере условие не удовлетворяет требованиям PTEEP и PUE. Следовательно, необходимо:

  • увеличивают сечение проводов измеряемой линии (при увеличении 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 сетевым питанием)

Мы все хотим, чтобы электрическое оборудование на нашем производстве работало безупречно, служило долгое время и не выходило из строя.А во время аварийных ситуаций, таких как короткое замыкание или перегрузка в сети, мгновенно срабатывают защитные устройства, избегая, таким образом, неблагоприятного воздействия на проводку, технологическое оборудование, электрические приборы, приборы и все виды электрооборудования. Но самое главное - защитить человеческую жизнь, ведь нас ждут дома здоровыми и невредимыми. Чтобы не допустить возникновения подобных аварийных ситуаций, необходимо своевременно проводить соответствующие электрические измерения специалистами электролаборатории, способными в кратчайшие сроки выявить неисправности электрической сети.Одним из таких электрических измерений является измерение полного сопротивления контура фаза-ноль.

Что такое контур нулевой фазы? Какова цель проверки? Начнем с того, что в электроустановках до 1000 В с заземлением нейтрали (TN-C, TN-CS, TN-S) нейтральный провод подключается к нейтрали трансформатора, который подключается к контуру заземления, т.е. есть, он глухо обоснован. А если замкнуть фазный провод к корпусу электрооборудования или нейтральный провод, то образуется цепь, состоящая из фазного и нулевого проводов электрической цепи.Такой цикл обычно называют контуром фаза-ноль.

Целью проверки контура фаза-ноль является получение следующих данных:
1. Значение импеданса контура фаза-ноль. Импеданс - обмотки силового трансформатора, фазный и нейтральный проводники, контакты выключателей, пускателей и т.д.
2. Величина тока короткого замыкания:
Ic.z = Un / Z, где Un - номинальное напряжение сети; Z - полное сопротивление контура фаза-ноль.
На основании этих данных сравнивается полученный ток короткого замыкания и уставки тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей, и делается вывод, может ли автоматический выключатель (предохранитель) защитить кабельную линию от токов короткого замыкания.
Согласно PTEEP, «ток короткого замыкания должен быть не менее:
- трехкратный номинальный ток предохранителя;
- трехкратный номинальный ток нерегулируемого отключения выключателя с обратнозависимой характеристикой;
- трехкратное значение уставки рабочего тока регулируемого расцепителя обратной токовой характеристики выключателя;
- 1,1 верхнего значения тока срабатывания расцепителя мгновенного действия (отсечки)."

Для измерения контура фаза-ноль используются следующие методы:
- падение напряжения в 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 способ очень удобен, безопасен и экономит время.

(для устройств типа MZC-300, MIE-500, IFN-200 и других аналогов)

Рис.1 Измерение цепи (L-N)


Рис.2 Измерение цепи (L-PE)


Рис.3 Сети TN (с обнулением). Проверка эффективности защиты.
электрошкафов


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


Важно отметить, что электрические измерения в электроустановках, питаемых от одного распределительного щита и расположенных в одном помещении, должны выполняться на установке, наиболее удаленной от точки питания.

Проверки на согласование параметров цепи «фаза - ноль» с характеристиками защитных устройств и непрерывности защитных проводов проводятся: приемочные испытания, сличения, эксплуатационные, контрольные испытания, для целей сертификации.

Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) измерения сопротивления цепи фаза-ноль следует проводить с периодичностью, определяемой системой профилактического обслуживания (ППР), утвержденной техническим руководителем Потребителя.

В соответствии с PTEEP, контур фаза-ноль проверяется:

1. Во время капитального ремонта, технического обслуживания и испытаний при капитальном ремонте

2. Для электрических установок во взрывоопасных зонах не реже одного раза в два года. 3. В случае выхода из строя устройств электрозащиты необходимо провести внеплановые электрические измерения.

Со временем работы ЛЭП в них происходят изменения, которые невозможно проверить визуально или установить с помощью математических расчетов.Для стабильной и бесперебойной работы электрооборудования необходимо периодически проводить замеры определенных параметров. Один из них - это измерение контура фаза-ноль, которое производится с помощью специальных приборов. Если фазный провод закорочен на ноль в точке потребления, то между фазным и нулевым проводниками создается цепь, которая является петлей фаза-ноль. В его состав входят: трансформатор, автоматические выключатели, выключатели, пускатели - все коммутационное оборудование. Ниже мы расскажем читателям, как измерить сопротивление контура, предоставив существующие методы и оборудование.

Периодичность и цель измерений

Для надежной работы от сети периодически проверяйте силовой кабель и оборудование. Эти испытания проводятся перед вводом объекта в эксплуатацию, после капитального и текущего ремонта электросети, после ввода в эксплуатацию, а также по графику, установленному руководителем предприятия. Измерения производятся по следующим основным параметрам:

  • сопротивление изоляции;
  • сопротивление шлейфа фаза ноль;
  • параметры заземления;
  • параметры автоматических выключателей.

Основная задача измерения параметра контура фаза-ноль - защита электрооборудования и кабелей от возникновения в процессе эксплуатации. Повышенное сопротивление может привести к перегреву лески и, как следствие, к возгоранию. Окружающая среда оказывает большое влияние на качество кабеля и воздушной линии. Температура, влажность, агрессивная среда, время суток - все это влияет на состояние сети.

Схема для измерений включает контакты автоматической защиты, автоматические выключатели, контакторы, а также проводники для подачи напряжения на электроустановки.Эти проводники могут быть силовыми кабелями, питающими фазу и ноль, или воздушными линиями, выполняющими ту же функцию. При наличии защитного заземления - фазный провод и заземляющий провод. Такая схема имеет определенное сопротивление.

Импеданс контура 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 устройствами.

В случае использования прибора в сети защитное отключение (), его необходимо отключить во время измерения. Параметры УЗО устроены так, что при прохождении больших токов он отключал сеть, что не даст достоверных результатов.

Обзор методов

Существуют различные методы проверки контура фаза-ноль, а также множество специальных измерительных приборов. Что касается методов измерения, то основными являются:

  1. Метод падения напряжения.Измерения проводятся при отключенной нагрузке, после чего подключается сопротивление нагрузки известного значения. Работа выполняется с помощью специального приспособления. Результат обрабатывается и с помощью расчетов производится сравнение с нормативными данными.
  2. Метод короткого замыкания. В этом случае они 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, что они соответствуют нормам данной сети.
  3. Амперметр-вольтметровый метод. Снимают напряжение питания и затем с помощью понижающего трансформатора переменного тока замыкают фазный провод на корпус существующей электроустановки. Полученные данные обрабатываются и по формулам определяют желаемый параметр.

Основная методика этого теста заключалась в измерении падения напряжения при подключении сопротивления нагрузки. Этот метод стал основным из-за простоты использования и возможности дальнейших расчетов, которые необходимо провести для получения дальнейших результатов.При измерении контура фаза-ноль в том же здании сопротивление нагрузки включается на самом дальнем участке цепи, как можно дальше от источника питания. Подключение устройств осуществляется к хорошо очищенным контактам, что необходимо для достоверности измерений.

Сначала измеряется напряжение без нагрузки, после подключения амперметра к нагрузке измерения повторяются. По полученным данным рассчитывается сопротивление цепи фаза-ноль.Воспользовавшись готовым приспособлением, предназначенным для таких работ, можно сразу получить желаемое сопротивление по шкале.

После измерения составляется протокол, в который заносятся все необходимые количества. Протокол должен быть в стандартной форме. Он также включает данные об использованных измерительных приборах. В конце протокола резюмируют соответствие (несоответствие) этого раздела нормативно-технической документации. Пример протокола выглядит следующим образом:


Какие устройства они используют?

Чтобы ускорить процесс измерения контура, промышленность выпускает различные измерительные приборы, которые можно использовать для измерения параметров сети различными методами.Наибольшую популярность получили следующие модели:

Вы можете узнать, как измерить сопротивление контура фаза-ноль с помощью приборов, просмотрев эти видео-примеры.

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

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

Физическая концепция контура фазового нуля

Во всех электроустановках напряжением до 1000 вольт предусмотрены системы глухого заземления. В такой системе контур фаза-ноль - это контур, образованный соединением фазового провода и нулевого рабочего провода. В некоторых схемах фазный провод можно соединить с защитным проводом.Результирующая цепь во всех случаях имеет собственное сопротивление.

Теоретические расчеты сопротивления контура представляют собой 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 токов в аварийных ситуациях, когда необходимо учитывать влияние различных металлических конструкций.

Поэтому для получения точных данных о величине сопротивления существуют специальные устройства, которые автоматически учитывают все необходимые параметры.

Снятие мерок

Необходимость измерения петли фаза-ноль возникает в определенных ситуациях. В первую очередь это мероприятие проводится при пуско-наладке электроустановок после монтажа или реконструкции. В этом случае испытания проводятся при приемочных испытаниях. Внеплановые измерения могут проводиться по заявкам организаций, контролирующих электробезопасность установок, а также в любое время по желанию заказчика.


При измерении контура фаза-ноль обязательно определяется значение сопротивления.Этот показатель получается в результате параметров сопротивления, сформированных в силовых обмотках, фазном и нулевом проводе. При этом измеряется переходное сопротивление контактов коммутационного оборудования.

Помимо сопротивления, измеряется значение тока, возникающего при коротком замыкании. Для этого используется специальный прибор, с помощью которого можно автоматически получить все необходимые показатели.

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

Проверка согласования параметров схемы «ФАЗА-НУЛЬ»
с характеристиками защитных устройств

Определение петли «ФАЗА-НУЛЬ»

Петлю «ФАЗА-НУЛЬ» обычно называют схемой, состоящей из фаза трансформатора и проводники - ноль и фаза.

Контрольная цель

На основе измеренного импеданса контура «ФАЗА-НУЛЬ» 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 целостность цепи защитного заземления. Время срабатывания защитных устройств должно соответствовать требованиям пункта 1.7.79 ПУОС.

Надежность срабатывания максимальной токовой защиты является одним из основных требований как при проектировании, так и во время установки и требует проектирования и полевых испытаний.

Так как это короткое замыкание на корпус, то под нейтральным проводником мы понимаем комбинацию защитного (PE) и защитно-рабочего (PEN) проводников от «корпуса» к трансформатору.Таким образом, проверка шлейфа «ФАЗА-НУЛЬ» позволяет оценить качество защитной схемы.

Theory

Полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ» достаточно точно рассчитать по следующей формуле:

Z fo = Z n + Z t / 3

где: Z fo - полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ»; Z n - полное сопротивление цепи фазного и нейтрального проводников; Z t - полное сопротивление трансформатора.
Импеданс «складывается» из активного и реактивного сопротивлений.

Ток короткого замыкания отражается в следующем соотношении:

I ks = U o / Z fo

где: I kZ - ток короткого замыкания; U o - фазное напряжение.

Для расчета ожидаемого тока короткого замыкания принята формула:

I ks = U o.0.85 / ( Z n + Z t / 3)

Требования должны быть met:

I kZ> I pa K g

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

Z pe. U o / Z fo≤ U snn

где: Z pe - полное сопротивление защитного проводника между основной шиной заземления и корпусом распределительного устройства; У снн - сверхнизкое напряжение (напряжение прикосновения), обычно принимаемое равным 50В (пп. 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-НУЛЬ» и токов короткого замыкания, как с отключением сетевого напряжения, так и без него.

В настоящее время в основном используются современные микропроцессорные измерительные приборы, реализующие метод измерения импеданса контура FAZA-ZUL без отключения напряжения и автоматический расчет тока короткого замыкания на основе значения сопротивления контура. Использование этих устройств упрощает процесс тестирования. Кроме того, тесты более щадящие по отношению к тестируемым линиям и защитным устройствам. Некоторые из этих устройств позволяют проводить измерения без исключения на проверяемой линии УЗО и не вызывают их срабатывания, что кажется довольно важным и удобным, поскольку измерения проводятся между фазным проводом и нейтральным защитным проводом.Измерения проводятся на концах проводов, защищенных устройствами защиты от сверхтоков.

Пример схемы замера контура «ФАЗА-НУЛЬ» без снятия напряжения:


Результаты измерений заносятся в протокол установленного образца.

Перед проведением измерений петли «ФАЗА-НУЛЬ» рекомендуется измерить сопротивления защитных проводов, проверить их целостность (проверить металлическое соединение, проверить заземление).

Устранение дефектов

Если при замерах петли «ФАЗА-НУЛЬ» в существующей электроустановке получены неудовлетворительные результаты, требуется срочное устранение неисправности. Как правило, достаточно заменить устройство максимальной токовой защиты на другое с более подходящими характеристиками. Но иногда бывает необходимо заменить имеющийся кабель на кабель с другим сечением жил. Такие корпуса обычно сложнее в установке.

Расчет контура «ФАЗА-НУЛЬ»

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

Дополнение

Иногда необходимо провести измерение или рассчитать цикл «ФАЗА - РАБОЧИЙ НУЛЬ» или «ФАЗА - ФАЗА». Процедуры аналогичны описанным выше, за исключением замены защитного проводника на рабочий или фазный провод.

Phase Detector - обзор

3.10.2 Формулировка ФАПЧ

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

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

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

(3,97) θot = θnt + Δφ

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

(3.98) Fs = τ1s + 1τ2s + 1 = ΔVTsus

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

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

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

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

с:

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

, где средние и мнимые части r - действительные, а i - действительные части. Тогда уравнение. (3.99) можно выразить в следующей компактной форме:

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

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

(3.103) x¯˙t = f¯x¯t = 0¯ → x¯t = x¯0

Обратите внимание, что x ¯˙t = 0¯ означает, что решение x¯0 с синхронизацией по фазе имеет постоянную частоту и амплитуду. Система (3.103) позволяет прогнозировать изменения амплитуды решения фазовой автоподстройки с опорной частотой или любым другим параметром.

Измерение отклика контура управления источником питания с помощью графика Боде II

Стабильность - одна из важнейших характеристик в конструкции источника питания.Традиционно для измерения стабильности требуются дорогостоящие анализаторы частотной характеристики (АЧХ), которые не всегда доступны в лаборатории. Теперь, используя осциллограф Siglent, такой как SDS1204X-E с недавно выпущенным программным обеспечением Bode Plot Ⅱ, вместе с генератором сигналов произвольной формы Siglent (SDG или SAG) и инжекторным трансформатором Picotest, можно проводить измерения.

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

Рисунок 1: Установка Bode II

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

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

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

Рисунок 2: Типичный контур обратной связи

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

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

Рисунок 3: График Боде, фаза и запас усиления

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

Рисунок 4: Разрыв цикла в типичной системе обратной связи

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

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

Рисунок 5: Контурное впрыскивание

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

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

Рисунок 6: Инжекторный трансформатор

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

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

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

Источник сигнала: Siglent SDG 2042X

Источник питания: Siglent SPD3303X

Датчик: Пассивный датчик Siglent PP215 переключен на 1X

Инжекторный трансформатор : Picotest J2100A

Тестируемое устройство: Picotest VRTS v1.51

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

Рисунок 7: Схема VRTS v1.51

Для предлагаемого измерения отклика контура управления блоком питания точка ввода - TP3 и TP4.Схема подключения показана на рисунке 8.

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

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

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

Рисунок 8: Подключение цепи

Рисунок 9: Подключение датчика и трансформатора к DUT

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

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

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

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

Рисунок 10: Конфигурация осциллографа Bode II

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

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

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

Рисунок 11: Результаты измерений

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

Рисунок 12: Измерение курсором на графике Боде

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

Рисунок 13: Экспорт данных

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

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

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

Рисунок 14: Повышенная амплитуда и искажение стимулирующего сигнала

Рисунок 15: Искажения во временной области

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

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

Рисунок 16. Установите для типа развертки значение Vari-level

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

Рисунок 17: Редактор профиля на уровне переменных

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

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

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

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

Рисунок 18: Результаты с уровнем вариации

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

Измерение отклика обратной связи с обратной связью | Оценочная инженерия

Импульсные источники питания

полагаются на контуры управления с обратной связью, чтобы гарантировать, что требуемые напряжение и ток поддерживаются при различных условиях нагрузки.Конструкция контура управления с обратной связью влияет на многие факторы, включая регулирование, стабильность и переходные характеристики.

Контур управления с обратной связью будет колебаться, когда есть частота, на которой коэффициент усиления контура равен единице или больше, а общее фазовое отставание 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 усиления, величина, на которую усиление упало ниже единицы, когда общая фазовая задержка составляет 360 °, выражается в децибелах.

Для большинства систем управления с обратной связью с обратной связью запас по фазе больше 45 ° (меньше 315 °), когда усиление контура больше 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 безоговорочно стабильным, без недостаточного или чрезмерного демпфирования. Обычно измерение частотной характеристики выполняется далеко за пределами рабочей полосы пропускания контура управления, чтобы гарантировать выявление всех возможных условий.

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

В этом случае запас по фазе, измеренный от точки кроссовера 0 дБ до 360 °, составляет 82 ° (от 360 ° до 278 °). Запас усиления составляет -35 дБ, измеренный от 0 дБ до точки, где 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 регулирование тестируемого источника питания будут чрезмерно демпфированными и неприемлемыми.

Точка кроссовера 0 дБ составляет 160 Гц, что увеличивает медленность петли. В идеале желательно положительное усиление контура на частоте 1 или 2 кГц, и, учитывая очень консервативные запасы усиления и фазы, динамику контура можно улучшить, не приближаясь к областям нестабильности.Требуются небольшие изменения в компонентах компенсации усилителя ошибок. После модификации контур управления можно повторно протестировать, чтобы гарантировать безусловную стабильность.

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

Подача тестового сигнала

Для выполнения измерения FRA вводит сигнал возмущения или ошибки на известной частоте в контур управления. Два канала измерения FRA используются для определения того, сколько времени занимает нарушение от входа усилителя ошибки до выхода источника питания.

Инжекция должна происходить там, где сигнал обратной связи контура управления ограничен одним трактом и подается от источника с низким импедансом. Соединение тракта обратной связи с выходом источника питания или выходом усилителя ошибки - хорошие места для подачи сигнала помехи.

Часто генератор сигналов подключается к тестируемой цепи через изолирующий трансформатор, как показано на рис. , рис. 2 , обеспечивая гальваническую развязку между генератором сигнала FRA и тестируемой цепью. Метод инжекции, представленный на рисунке 2, добавляет сигнал помехи на входе усилителя ошибки. Этот метод подходит для выходных напряжений источника питания в пределах максимального входного напряжения FRA.

Если проверяемый источник питания выдает высокое выходное напряжение, то первый метод впрыска неприменим.В , рис. 3 , сигнал помехи был введен после усилителя ошибки, где напряжение контура управления относительно земли низкое. Этот метод ввода следует использовать, если выходное напряжение источника питания превышает входной диапазон FRA.

После выбора подходящей точки ввода необходимо тщательно настроить амплитуду сигнала помехи. Реакцию на помехи можно увидеть на осциллографе, подключенном к выходу источника питания.

Амплитуда генератора сигналов FRA должна быть установлена ​​на ноль и низкую частоту, обычно в нижней части полосы пропускания контура управления.Медленно увеличивайте амплитуду генератора FRA. Хорошая отправная точка для определения амплитуды генератора сигналов FRA - это когда на осциллографе можно увидеть 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 возбуждения во всей полосе пропускания контура. Генератор FRA не должен понижать или повышать мощность контура управления. Любые измерения, сделанные в этих условиях, будут неправильными.

Маловероятно, что одна и та же установка генератора сигналов FRA может использоваться во всей полосе пропускания контура управления. В этих условиях сжатие амплитуды может использоваться для поддержания устойчивого сигнала возмущения по мере того, как частота качается и изменяется усиление контура. Это достигается за счет управления амплитудой генератора сигналов FRA для поддержания постоянного входного сигнала усилителя ошибки.

Проведение измерений

Два входа FRA подключены к двум концам вторичной обмотки развязывающего трансформатора, как показано на рисунках 2 и 3.Ch3 измеряет выход контура управления, а Ch2 измеряет вход контура управления. Измерения производятся относительно земли.

Выполните развертку от 10 Гц до 30 кГц и обратите внимание на повторяемость измерений усиления и фазы как на хорошие индикаторы того, что к контуру управления применяется правильный уровень ввода. Оцените коэффициент усиления контура регулирования и запас по фазе, руководствуясь рекомендациями по усилению по фазе.

Подходящие компоненты компенсации могут быть применены к каскаду усилителя ошибки. Выполнение новой развертки покажет эффект изменений значений компенсации.В идеале усиление контура должно составлять -20 дБ за декаду, особенно когда усиление контура проходит через единицу.

Цепи коррекции коэффициента мощности

Контур управления с обратной связью не ограничивается регулированием мощности 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 ИС контроллера, переключающем устройстве и индукторе 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. Этот контур относительно медленный, пересекает 0 дБ примерно на 10 Гц. Второй контур, контур управления током, эффективно контролирует форму волны входного тока. Эта схема прерывателя с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) должна отслеживать форму выпрямленного синусоидального напряжения, поэтому, по сути, задание для контура управления током является динамическим. Поскольку текущий контур управления должен отслеживать частоту линии, точка кроссовера может составлять несколько килогерц.

Тестирование контура управления напряжением

Тестирование контура управления медленным напряжением и контура управления быстрым током требует разных подходов:

Контур управления напряжением PFC

Петля напряжения проста. Никаких модификаций схемы не требуется, и фактически контур регулирования тока остается активным во время тестирования контура напряжения. При выборе точки впрыска действуют обычные правила. Вы должны найти место в контуре, где источник является точкой с низким сопротивлением и ограничен одним путем.Номинал инжекционного 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 подачи питания на вход цепи PFC. Электропитание переменного тока не требуется, и его следует отключить.
  2. Отключить контур управления напряжением, но не всю ИС.
  3. При необходимости обеспечьте вспомогательное питание для ИС контроллера PFC, обычно +18 В.
  4. Используйте источник постоянного тока от 0 до 10 В для управления выходным током PFC для соответствующего уровня входного напряжения. Эффективно, от 0 до 10 В постоянного тока-питания будет контролировать усиление в контроллере и заменить источник опорного напряжения, которое обычно будет меняться при 100 до 120 раз в секунду для частоты 50 или 60 Гц линии. Контур обратной связи по току должен отслеживать входное напряжение, следовательно, использование источника питания от 0 до 10 В постоянного тока для установки различных условий.
  5. Подайте переменную нагрузку на выход PFC.
  6. Используйте инжекторный резистор 100 Вт, подключенный между резистором измерения тока и входом датчика PFC.
  7. Развертка от 50 Гц до примерно половины частоты переключения. Проверьте реакцию контура с различными настройками и комбинациями, описанными в пунктах 4 и 5. Например, контур следует протестировать при нулевом токе, пиковом токе и на полпути.

Измерения в зоне PFC опасны. Изолируйте входные каналы анализатора АЧХ и генератор 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 бакалавра наук. от Университета Хофстра и со степенью MBA Нью-Йоркского технологического института. Clarke-Hess Communication Research, 21-09 43rd Ave. Long Island City, NY 11101, 718-784-0445, электронная почта: kens @ clarke-hess.ком

Вернуться на главную страницу EE

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

Декабрь 2001 г.

Измерение контуров фазовой синхронизации с помощью анализатора спектра

Элементы Можно загрузить эту статью в формате PDF.

Что вы узнаете:

  • Каковы ключевые факторы оптимизации средней наработки на отказ (MTBF)?
  • Разработка лучшей стратегии для MTBF.
  • На что обращать внимание при тестировании наработки на отказ.

Для разработчиков инженерной электроники, питающей наши самые важные приложения и устройства, надежность является общей целью. В то же время инженер-конструктор или менеджер по закупкам должен иметь возможность количественно оценить надежность выбранных деталей - тонкий баланс между производительностью и надежностью - для оптимизации общей стоимости владения.В этой ситуации более глубокое понимание соображений средней наработки на отказ (MTBF) может улучшить как надежность, так и затраты.

Специалисты по закупкам в таких организациях слишком хорошо знакомы с бюджетами и шагами, необходимыми для согласованного выбора и поиска поставщиков. Тем не менее, они могут иметь ограниченное представление о том, как оценивать отчеты о надежности, как обеспечить статистически аналогичное сравнение между источниками и вариантами и как эти факторы могут повлиять на дизайн и разработку их продукта.Достаточно ли будет готовой коммерческой части (COTS) или потребуется S-уровень (с ограниченным объемом)? Все ли детали, предназначенные для определенного уровня, одинаковы у поставщиков? И сообщаются ли данные MTBF одинаковым образом от исследования к исследованию и от поставщика к поставщику?

Эти и другие проблемы представляют собой более глубокую информацию о том, как MTBF влияет на дизайн, производительность и долговечность продукта. Уточняя, как данные о надежности получаются, измеряются, рассчитываются и интерпретируются, специалисты по закупкам могут более последовательно и успешно оценивать варианты.

Определение ключевых аспектов наработки на отказ

Универсальный термин межотраслевой надежности, часто выражаемый как MTBF, представляет собой прогнозируемое количество часов работы до первого отказа и между всеми последующими отказами. FIT (отказ во времени) - это ожидаемое количество отказов за один миллиард часов. FIT - это просто еще один способ сообщить MTBF = 1E9 / (FIT).

Чтобы оптимизировать MTBF и его влияние на общую конструкцию, процесс выбора компонентов должен отвечать на следующие вопросы:

  • Каков оптимальный уровень проверки по сравнению с затратами, требуемый для моего приложения? Например, можно ли достичь идеальной производительности, используя детали, обозначенные как стандартные COTS, военные (рейтинги TX, TXV), космические (рейтинг S) или индивидуализированную версию одного из этих стандартных предложений?
  • Какие стресс-тесты проводятся на выбранных частях, чтобы отсеять случаи «детской смертности»?
  • Какое целевое значение MTBF / FIT?

Покупатели должны запрашивать отчеты о надежности у всех потенциальных поставщиков и сравнивать не только значения MTBF / FIT, но и общие часы работы, которые основаны на условиях испытаний (коэффициенты ускорения) и количестве единиц, используемых в каждом исследовании.

Стратегии наработки на отказ в работе с отказом на отказ включают ряд вариантов надежности

Промышленная и коммерческая электроника, которая особенно чувствительна к цене и времени выхода на рынок, отдает предпочтение компонентам COTS. Это связано с их более низкой ценой и значительно более коротким временем выполнения заказа по сравнению с альтернативами с высокой надежностью (HiRel). По тем же причинам покупатели на таких рынках, как военный, аэрокосмический и, в частности, космический, иногда выбирают коммерческие, а не HiRel запчасти.

Несмотря на то, что HiRel является более предпочтительным из-за критического характера приложений на этих рынках, коммерческие компоненты все же могут быть выбраны. В спецификациях MIL-PRF-38535 и MIL-PRF-19500 изложены требования к проверке и указано, какие проверочные тесты должны применяться к микросхемам (ИС) и дискретным компонентам микроэлектроники, соответственно.

В результате, MIL-PRF-19500 будет руководить скрининговыми тестами для светодиодов, VCSEL, фотодиодов, фототранзисторов и фотодарлингтонов, в то время как фотологические датчики, оптические кодировщики и микросхемы на эффекте Холла будут проверяться с использованием спецификации MIL-PRF-38535.Кроме того, спецификация MIL-STD-883 устанавливает фактические условия испытаний, требуемые для частей уровня класса «B» и уровня «S» (пространство) (рис. 1) .

1. Эта диаграмма иллюстрирует широкий диапазон оценок надежности, помогая дизайнерам с экологической точки зрения отбирать свои варианты, чтобы соответствовать уникальным условиям конструкции и облегчить сотрудничество с их менеджерами по закупкам.

Целью экологической проверки (выгорание, температурные циклы) является ускорение отказов из-за скрытых дефектов на стадии «младенческой смертности» кривой ванны для проверки слабых компонентов перед их отправкой и сборкой в ​​изделия.Анализ отказов (FA), выполняемый для каждого отказавшего блока, определяет основную причину, связанную с конструкцией, процессом или слабостью материала. Цель всех этих мероприятий - довести уровень dppm (количество дефектных частей на миллион) до максимально близкого к нулю.

После выявления случаев «детской смертности» ожидается, что оставшиеся единицы населения будут функционировать в течение всего срока службы и в конечном итоге выйдут из строя из-за износа в конце срока службы. Полезный «нормальный» срок службы характеризуется самой низкой (хотя и ненулевой) частотой и относительно постоянной интенсивностью отказов (рис.2) .

2. Ожидается, что после отсеивания случаев «детской смертности» оставшиеся единицы в популяции будут функционировать в течение всего срока службы и в конечном итоге выйдут из строя из-за износа в конце срока службы. Период полезного «нормального» срока службы характеризуется самой низкой (хотя и ненулевой) частотой в сочетании с относительно постоянной частотой отказов.

Все детали, работающие в предполагаемом приложении, можно рассматривать как текущее исследование MTBF / FIT. Очевидно, что нецелесообразно позволять всем изготовленным деталям работать в течение неопределенного периода времени для соблюдения фактической нормы FIT.Но, применяя условия ускоренного напряжения (тепло, влажность, циклическое изменение температуры, вибрация, нагрузка и другие) на статистически значимом размере образца (обычно более 100 частей), время эксперимента может быть существенно сокращено для целесообразного получения значений MTBF / FIT. .

Сравнение значений MTBF / FIT от разных поставщиков для аналогичных компонентов без знания реальных условий исследования может ввести в заблуждение. Статистически по своей природе значения MTBF / FIT сильно различаются в зависимости от количества использованных образцов и продолжительности работы этих компонентов.

Чтобы достичь цели, производитель должен понимать минимальное требуемое значение MTBF, требуемое заказчиком, до разработки своего исследования MTBF. Больший размер выборки для исследования и более длительное время работы приведут к более высокому значению MTBF при прочих равных параметрах, включая условия стресс-теста и количество отказов. Чтобы обеспечить сравнение «яблок с яблоками», отчет о надежности должен включать количество устройств и часы работы при определенных условиях испытаний; их можно объединить одним термином: «Общее количество часов устройства .

Общее время работы устройства - это просто количество деталей, использованных в исследовании MTBF / FIT, умноженное на их Время работы:

Общее время работы устройства = Количество единиц в исследовании * Время работы (часы)

Меньше При других условиях эксплуатации значение MTBF изменится. Но вместо того, чтобы проводить отдельное исследование наработки на отказ для каждого уровня нагрузки (например, разной температуры), мы можем просто заменить фактическое время работы на эквивалентное время работы , расчетом на основе хорошо известных факторов ускорения срока службы для различных условий нагрузки. (рис.3) .

3. Среднее время безотказной работы зависит от условий эксплуатации. Вместо проведения отдельных исследований наработки на отказ для каждого уровня нагрузки (т. Е. Разной температуры) замените фактическое время работы на эквивалентное время работы, которое рассчитывается на основе различных хорошо известных факторов ускорения срока службы для различных условий нагрузки.

Например, исследование надежности OPB350 компании TT Electronics (трубчатый датчик жидкости для медицинских применений, включая гемодиализ) использовало 300 устройств, работающих при 70 ° C в течение 1008 часов, в результате чего общее количество часов работы устройства (рис.4) .

4. OPB350 TT используется в медицинских приложениях, таких как система гемодиализа.

Из результатов, представленных на рис. 5 , наихудший сценарий для MTBF составляет 208 019 часов или 23,7 года с устройством, работающим при 70 ° C с достоверностью 90%.

5. В этой таблице приведены результаты напряжений для трубчатого датчика жидкости OPB350 TT.

Заявление о достоверности 90% означает виртуальную достоверность, в то время как 60% соответствует более низкой степени уверенности и более высокой неопределенности.Рекомендуется оценка MTBF с доверительной вероятностью 90%, учитывая, что разница между двумя значениями MTBF с доверительной вероятностью 90% и 60% дает представление о развернутом диапазоне времени производительности.

Для MTBF = 208 019, мы можем рассчитать FIT = 1E9 / MTBF = 4807 отказов за один миллиард часов.

Ускоренное испытание на ресурс, проведенное для 1 008 часов фактического времени работы при 70 ° C (158 ° F), соответствует гораздо более длительному эквивалентному времени работы при более низких температурах, что приводит к значительно большим значениям среднего времени безотказной работы при этих температурах.Используя соотношение Аррениуса для определения эквивалентного времени работы при 20 ° C (68 ° F), значение MTBF с достоверностью 90% составляет 2786368 или 318 лет (до 797 лет с достоверностью 60%), что значительно превышает предполагаемый срок службы. устройства.

Создайте синергию между проектированием и закупкой

Исследования MTBF / FIT обеспечивают основу для определения надежности на уровне компонентов, но не все производители компонентов предлагают эти данные. Чтобы быть уверенным в том, что ваша конструкция основана на надежных компонентах, которые будут работать в течение длительного времени, очень важно получить и понять исследование MTBF / FIT для каждой полученной детали.От дискретных компонентов и щелевых переключателей до отражающих датчиков и интегральных схем на эффекте Холла - исследования надежности дают вам преимущество и конкурентное преимущество.

Знание оптимального уровня скрининга в сравнении с затратами, требуемыми для вашего приложения, - это первый шаг: стандартный COTS, военный, космический или индивидуализированный вариант одного из этих вариантов. Шаг второй включает определение того, какие стресс-тесты провести для исключения случаев детской смертности; убедитесь, что это подтверждено ускоренным тестированием на статистически значимой выборке.И, наконец, запросив отчеты о надежности у всех потенциальных поставщиков, вы можете легко сравнить значения MTBF / FIT и общего количества часов работы; имейте в виду, что они могут отличаться и должны быть подкреплены пониманием фактических условий обучения.

Обладая такими ценными данными, инженеры-конструкторы и менеджеры по закупкам могут быть на одной странице при выборе компонентов, подходящих для обеспечения производительности и долговечности.

Как это работает »Электроника

Цепи фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) являются ключевым строительным блоком радиочастотных схем, но они часто кажутся окутанными тайной.Узнайте, как они работают.


Контур фазовой автоподстройки частоты, Учебное пособие / руководство по ФАПЧ Включает:
Контур фазовой автоподстройки частоты, основы ФАПЧ Фазовый детектор Генератор, управляемый напряжением с ФАПЧ, ГУН Петлевой фильтр ФАПЧ


Фазовая автоподстройка частоты или ФАПЧ - это особенно полезный схемный блок, который широко используется в радиочастотных или беспроводных приложениях.

Ввиду своей полезности петля фазовой автоподстройки частоты или ФАПЧ используется во многих беспроводных, радио и обычных электронных устройствах, от мобильных телефонов до радиоприемников, телевизоров и маршрутизаторов Wi-Fi, от раций до профессиональных систем связи и т. Д. .


Фазовая автоподстройка частоты, приложения ФАПЧ

Цепь фазовой автоподстройки частоты принимает сигнал, который блокируется, и может затем выводить этот сигнал из своего собственного внутреннего ГУН. На первый взгляд это может показаться не особенно полезным, но, проявив немного изобретательности, можно разработать большое количество приложений с фазовой автоподстройкой частоты.

Некоторые приложения схемы фазовой автоподстройки частоты включают:

  • FM-демодуляция: Одним из основных приложений системы фазовой автоподстройки частоты является FM-демодулятор.Поскольку микросхемы ФАПЧ теперь относительно дешевы, эти приложения ФАПЧ позволяют демодулировать высококачественный звук из FM-сигнала.
  • Демодуляция AM: Контуры фазовой автоподстройки частоты могут использоваться при синхронной демодуляции сигналов с амплитудной модуляцией. Используя этот подход, ФАПЧ фиксируется на несущей, чтобы можно было сгенерировать ссылку в приемнике. Поскольку это точно соответствует частоте несущей, его можно смешивать с входящим сигналом для синхронной демодуляции AM.
  • Косвенные синтезаторы частоты: Использование в синтезаторе частоты является одним из наиболее важных приложений с фазовой автоподстройкой частоты. Хотя прямой цифровой синтез также используется, косвенный частотный синтез является одним из основных приложений фазовой автоподстройки частоты.
  • Восстановление сигнала: Тот факт, что контур фазовой автоподстройки частоты может синхронизироваться с сигналом, позволяет ему обеспечивать чистый сигнал и запоминать частоту сигнала в случае кратковременного прерывания.Это приложение с фазовой автоподстройкой частоты используется в ряде областей, где сигналы могут прерываться на короткие периоды времени, например, при использовании импульсной передачи.
  • Распределение по времени: Еще одно применение контура фазовой автоподстройки частоты - это распределение точно синхронизированных тактовых импульсов в цифровых логических схемах и системе, например, в микропроцессорной системе.

Основные концепции фазовой автоподстройки частоты - фаза

Ключом к работе системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) является разность фаз между двумя сигналами и способность ее обнаруживать.Информация о фазовой ошибке или разности фаз между двумя сигналами затем используется для управления частотой контура.

Чтобы лучше понять концепцию фазы и разности фаз, можно визуализировать две формы волны, обычно видимые как синусоидальные волны, как они могут отображаться на осциллографе. Если триггер срабатывает одновременно для обоих сигналов, они появятся в разных точках экрана.

Линейный график также можно представить в виде круга.Начало цикла можно представить как конкретную точку на круге, и по мере того, как время прогрессирует, точка на форме волны перемещается по кругу. Таким образом, полный цикл эквивалентен 360 ° или 2π радианам. Мгновенное положение на круге представляет фазу в данный момент относительно начала цикла.

Фазовый угол точек на синусоиде

Концепция разности фаз развивает эту концепцию немного дальше. Хотя два сигнала, которые мы рассматривали ранее, имеют одинаковую частоту, пики и впадины не встречаются в одном и том же месте.

Считается, что между двумя сигналами существует разность фаз. Эта разность фаз измеряется как угол между ними. Видно, что это угол между одной и той же точкой на двух осциллограммах. В этом случае была взята точка пересечения нуля, но будет достаточно любой точки при условии, что она одинакова для обоих.

Эту разность фаз также можно представить в виде круга, потому что две формы сигнала будут находиться в разных точках цикла из-за разницы фаз.Разность фаз, измеряемая как угол: это угол между двумя линиями от центра круга до точки, в которой представлена ​​форма волны.

Разность фаз между сигналами

Когда два сигнала имеют разные частоты, обнаруживается, что разность фаз между двумя сигналами всегда меняется. Причина этого в том, что время для каждого цикла разное, и, соответственно, они движутся по кругу с разной скоростью.

Из этого можно сделать вывод, что определение двух сигналов, имеющих совершенно одинаковую частоту, состоит в том, что разность фаз между ними постоянна.Между двумя сигналами может быть разность фаз. Это означает только то, что они не достигают одной и той же точки на осциллограмме в одно и то же время. Если разность фаз фиксированная, это означает, что один сигнал отстает или опережает другой на ту же величину, то есть они находятся на одной частоте.

Основы фазовой автоподстройки частоты

Контур фазовой автоподстройки частоты, ФАПЧ, в основном представляет собой серво-контур. Хотя ФАПЧ выполняет свои действия с радиочастотным сигналом, все основные критерии стабильности контура и другие параметры одинаковы.Таким образом, к контуру фазовой автоподстройки частоты можно применить ту же теорию, что и к контурам сервопривода.

Базовая схема фазовой автоподстройки частоты

Базовая фазовая автоподстройка частоты, ФАПЧ, состоит из трех основных элементов:

  • Фазовый компаратор / детектор: Как следует из названия, этот блок схемы в ФАПЧ сравнивает фазы двух сигналов и генерирует напряжение в соответствии с разностью фаз между двумя сигналами. Эта схема может принимать самые разные формы.. . . . Подробнее о фазовом детекторе .
  • Генератор, управляемый напряжением, VCO: Генератор, управляемый напряжением - это блок схемы, который генерирует радиочастотный сигнал, который обычно рассматривается как выход контура. Его частоту можно регулировать в рабочем диапазоне частот, необходимом для контура. . . . . Узнайте больше о генераторе, управляемом напряжением , VCO.
  • Контурный фильтр: Этот фильтр используется для фильтрации выходного сигнала фазового компаратора в контуре фазовой автоподстройки частоты, PLL.Он используется для удаления каких-либо компонентов сигналов, из которых фаза сравнивается с линии VCO, то есть ссылки и вход VCO. Он также управляет многими характеристиками петли, включая стабильность петли, скорость блокировки и т. Д. . . . . Подробнее о петлевом фильтре PLL.

Режим фазовой автоподстройки частоты

Основная концепция работы ФАПЧ относительно проста, хотя математический анализ и многие элементы ее работы довольно сложны.

На схеме базовой схемы фазовой автоподстройки частоты показаны три основных элемента системы ФАПЧ: фазовый детектор, генератор, управляемый напряжением, и контурный фильтр.

В базовой системе ФАПЧ опорный сигнал и сигнал генератора, управляемого напряжением, подаются на два входных порта фазового детектора. Выходной сигнал фазового детектора поступает на контурный фильтр, а затем отфильтрованный сигнал подается на генератор, управляемый напряжением.

Схема фазовой автоподстройки частоты, показывающая напряжения

Осциллятор с управляемым напряжением, ГУН, внутри ФАПЧ вырабатывает сигнал, который поступает на фазовый детектор. Здесь фаза сигналов от ГУН и входящего опорного сигнала сравниваются и в результате разница или ошибка напряжения производится.Это соответствует разности фаз между двумя сигналами.

Сигнал ошибки от фазового детектора проходит через фильтр нижних частот, который регулирует многие свойства контура и удаляет любые высокочастотные элементы в сигнале. Пройдя через фильтр, сигнал ошибки подается на управляющую клемму ГУН в качестве напряжения настройки. Смысл любого изменения в этом напряжении таков, что он пытается уменьшить разность фаз и, следовательно, частоту между двумя сигналами.Первоначально цикл будет из замка, и напряжение ошибки будет тянуть частоту ГУН в стороне, что в качестве ссылки, пока он не может уменьшить ошибку дальше и цикл блокируется.

Когда ФАПЧ, контур фазовой автоподстройки частоты, находится в состоянии блокировки, вырабатывается установившееся напряжение ошибки. Используя усилитель между фазовым детектором и ГУН, фактическая ошибка между сигналами может быть уменьшена до очень небольшого уровня. Однако некоторое напряжение всегда должно присутствовать на управляющей клемме ГУН, поскольку это то, что обеспечивает правильную частоту.

Тот факт, что присутствует постоянное напряжение ошибки, означает, что разность фаз между опорным сигналом и ГУН не меняется. Поскольку фаза между этими двумя сигналами не меняется, это означает, что эти два сигнала находятся на одной и той же частоте.

Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) - очень полезный строительный блок, особенно для радиочастотных приложений. ФАПЧ составляет основу ряда радиочастотных систем, в том числе косвенного синтезатора частоты, разновидности ЧМ-демодулятора и позволяет восстанавливать стабильную непрерывную несущую из импульсной формы волны.Таким образом, контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) является важным инструментом построения ВЧ сигналов.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частот Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы RF фильтры Радиочастотный циркулятор Типы радиоприемников Радио Superhet Избирательность приемника Чувствительность приемника Обработка сильного сигнала приемника Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем радио.. .

Анализ устойчивости цепей обратной связи импульсных источников питания

Рисунок 1 Простой контур обратной связи

Первое, что следует рассмотреть, - это базовая функция контура обратной связи, показанная на рисунке 1. Он состоит из блока обработки мощности, называемого модулятором или объектом, и блока обнаружения ошибок, называемого усилителем или компенсатором ошибок. Выходная переменная, такая как напряжение, воспринимается и сравнивается с эталоном.Разница между ними инвертируется, затем усиливается и используется для управления модулятором. Это хорошо работает на постоянном токе, но более высокие частоты реактивных компонентов и временных задержек вызовут сдвиги фазы вокруг контура обратной связи. Как только фазовый сдвиг достигнет 360 градусов и если коэффициент усиления равен 1 или больше, возникнут колебания, потому что теперь обратная связь стала положительной.

Чтобы избежать нестабильности, необходимо измерять коэффициент усиления без обратной связи. Это усиление вокруг контура обратной связи.На рисунке 2 коэффициент усиления контура фактически равен –GH, где G - передаточная функция установки или силового каскада, а H - передаточная функция усилителя ошибки или компенсатора. Отрицательный знак - это инверсия выходного сигнала контура, обычно вызываемая инвертирующим усилителем ошибки. Любой анализатор частотной характеристики измеряет эту инверсию или дополнительные 180 градусов фазового сдвига при измерении коэффициента усиления контура. Вот почему коэффициент усиления и запас по фазе измеряются относительно 0 или 360 градусов на графиках «усиление-фаза» Venable.Для получения дополнительной информации см. Сообщение в блоге об определении прибыли и фазовой маржи на графиках Венейбла Боде.

Рисунок 2 Коэффициент усиления контура

Измерение передаточной функции общего коэффициента усиления контура или графика Боде измеряется путем ввода сигнала в контур и построения графика амплитуды в децибелах и фазы в градусах выходного сигнала контура, деленного на входной сигнал в зависимости от частоты. Запас по усилению и запас по фазе для коэффициента усиления без обратной связи определяется из этого графика, как показано на рисунке 3.Запас усиления в дБ - это величина усиления разомкнутого контура при сдвиге фазы 360 или 0 градусов, чтобы сделать систему замкнутого контура нестабильной. Это разница между коэффициентом усиления 0 дБ и измеренным коэффициентом усиления, когда фаза пересекает 360 или 0 градусов. Запас по фазе - это величина дополнительного сдвига фазы усиления без обратной связи при кроссовере единичного усиления, необходимого для того, чтобы сделать систему с обратной связью нестабильной. Это разница по фазе между фазовым сдвигом на 360 или 0 градусов и измеренной фазой при кроссовере единичного усиления.

.

Рисунок 3 График усиления венебного контура и запаса по фазе

Для компенсации контура обратной связи необходимо измерить передаточную функцию модулятора или управления для вывода. Модулятор состоит из широтно-импульсного модулятора, переключателей, состоящих из транзистора и диода или другого транзистора, и LC-фильтра, состоящего из катушки индуктивности и конденсатора. Передаточная функция от управления к выходу измеряется с использованием той же точки инжекции, что и при измерении контура обратной связи, за исключением того, что один канал измерения, V3, подключен к выходу усилителя ошибки, а другой канал, V2, подключен к выходу источника питания как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 Точка ввода измерения коэффициента усиления контура

Можно измерить передаточную функцию от управления к выходу при разомкнутом контуре и напряжении питания, смещенном до рабочей точки, с помощью функции смещения постоянного тока генератора анализатора частотной характеристики, если коэффициент усиления разомкнутого контура не слишком велик. В большинстве случаев это невозможно, и гораздо проще выполнить это измерение с замкнутым контуром.

Подводя итог, необходимо измерить контур обратной связи импульсных источников питания, чтобы гарантировать стабильность контура при любых условиях линии и нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *