Референтна честота. Конспект на лекцията: Метрологични характеристики на електронни осцилоскопи. Допълнителните опции включват

1. Параметри на честотната лента или преходния отговор. Пропускателната лента е честотният диапазон, в който честотната характеристика има отклонение от не повече от 3 dB спрямо стойността при референтната честота. Референтната честота е честотата, при която честотната характеристика не намалява. Стойността на спада на честотната характеристика в dB се намира от връзката:

Където л е оп- стойност на изображението при референтната честота,
l f meas.- размер на изображението при честотата, за която се измерва затихването на честотната характеристика.

2. Неравномерна честотна характеристика.

3. Нелинейност на амплитудната характеристика на EO усилвателя: β a =(l-1)*100%, Където л– размерът на изображението на сигнала, най-различен от едно деление на мащаба на екрана навсякъде в работната зона на екрана. Измерва се чрез прилагане на импулсен или синусоидален сигнал с амплитуда към входа на осцилоскопа с амплитуда, която гарантира получаването на сигнално изображение с размер на едно скално деление в центъра на екрана на CRT. След това се измерва размерът на сигналното изображение на различни места от работната част на екрана, като се премества по вертикалната ос с помощта на външен източник на напрежение.

4. Качество на възпроизвеждане на сигнала в импулсни ЕО. Това качество се характеризира с параметрите на преходния отговор (TC):

4.1. Време на нарастване на преходния отговор (TC) - τ nизмерено при следните условия: импулси се подават към входа на EO с време на нарастване не повече от 0,3 от времето на нарастване на PH, посочено в паспорта, стандартите или техническата документация за конкретен тип EO. Продължителността на импулса трябва да бъде поне 10 пъти по-голяма от времето за нарастване на PH. Напреженията на импулса не трябва да надвишават 10% от времето на нарастване на импулсното изображение, по време на което лъчът се отклонява от ниво 0,1 до ниво 0,9 от амплитудата на импулса;

4.2. Стойност на превишение: δ u = (l B / lu)*100%, Където л Б– амплитуда на образа на изтласкване, аз- амплитуда на импулсния образ. Определение δuпроизведени на импулси с положителна и отрицателна полярност.

4.3. Разпадане на горната част на импулсното изображение: l JV(стойността на стойността на затихване на импулса) се измерва чрез прилагане на импулс с продължителност над 25 към входа на канала за вертикално отклонение τ nс амплитуда, която осигурява максимален размер на импулсното изображение в работната част на CRT екрана. Стойността на затихване на върха на импулса се измерва от изображението му в точка, отдалечена от началото на импулса за време, равно на неговата продължителност. Стойността се нормализира спрямо затихването на върха на импулса, което се определя по формулата: Q=l SP /l u

4.4. Неравномерност на горната част на импулсното изображение (отражение, синхронност на пикирането). Стойност на отражението γ определен от формулата γ=(S 1 -S) / S, Където S 1– амплитуда на скок или спад, С– дебелината на линията на лъча, посочена в стандартите или в описанието към този ЕО. Синхронни пикапи vопределена чрез измерване на амплитудите, насложени върху изображението на трептения, причинени от вътрешни смущения, синхронно стартиране на сканирането: v = (v 1 -S) / S, Където v 1– отклонение на лъча на CRT поради налагането на трептения, причинени от вътрешни смущения върху изображението. Познавайки параметрите на PH, можете да определите параметрите на честотната характеристика: f B = 350/τ n (MHz), f n = Q / (2π τ u)(Hz).

5. Чувствителност (нормална стойност на коефициента на отклонение): ε=l/U in...K d =1/ε=U in /l...δ K =(K d /K d0)*100%, Където ε - чувствителност, л– стойност на изображението на амплитудата на импулса, U в– стойност на амплитудата на входния сигнал, K d– коефициент на отклонение на сигнала според операционния усилвател, δ К– грешка на коефициента на отклонение, Kd0- номинална стойност K dпосочени в техническата документация.

6. Параметрите на входа ЕО с честотна лента до 30 MHz се определят чрез директно измерване на R и C с подходящи инструменти. За повече широколентови EO в тези. Описанието предоставя метод за определяне на тези параметри.

7. Грешки на калибратора на амплитудата и калибратора на времевия интервал и тяхното измерване. Грешката на измерване на тези параметри се определя чрез сравняване на показанията на тестваното ЕО и еталонно измервателно устройство с грешка на измерване на съответната стойност, която е 3 пъти по-малка от тази на проверявания ЕО.

8. Продължителност на сканиране - времето на движение напред, през което лъчът преминава през цялата работна част на екрана в хоризонтална посока. В съвременните ЕО продължителността на хода на движение напред е T Pопределен като коефициент на почистване K r = T P /l T, δ r = (K r /K r nom -1)*100%, Където л Т– дължина на сегмента по хоризонталната ос, съответстващ на продължителността T P, δ р– грешка на фактора на изместване, K r ном– номинална стойност на коефициента на размахване.

9. Нелинейност на сканиране: β р =(l-1)*100%, Където л– продължителността на интервала от време, който е най-различен от 1 cm или едно скално деление където и да е в работната част на сканирането в работната част на екрана.

внимание! Всеки електронен лекционен запис е интелектуална собственост на своя автор и се публикува на уебсайта само с информационна цел.

3.1 Предназначение и използване на контролния панел честотен преобразувател

На контролния панел честотен преобразувателИма 2 дисплея за индикация (4 цифри, 7 сегмента), бутони за управление, аналогов потенциометър, индикатори за работа и блок индикатори. С помощта на бутоните можете да задавате функционални параметри, да издавате команди за управление и контролират работата честотен преобразувател.

Дисплей на контролния панел

При настройка (преглед) на функционалните параметри на преобразувателя, кодовете на съответните параметри се показват на горния дисплей на контролния панел, а техните стойности се показват на долния дисплей.

В режим на работа на преобразувателя на двата екрана се показват текущите стойности на количествата, които се избират чрез функционални параметри F 001 и F 002, когато възникне грешка - код на грешка в състоянието честотен преобразувател.

Функционални бутони

Бутон	Предназначение
Потенциометър	Увеличете/намалете стойността на еталонната честота, настройките на PID контрола
МЕНЮ	Влезте в менюто, за да зададете/прегледате стойностите на функционалните параметри. Стойностите на функционалните параметри започват да мигат, когато могат да бъдат променени
ENTER/VD	В режим на настройка на стойностите на функционалните параметри: запис (потвърждаване) на избраната стойност на параметъра във вътрешната памет честотен преобразувател. Когато операцията приключи успешно, записаната стойност спира да мига. В нормален режим: Променя горния дисплей.
ОТМЕНЯ / ND	В режим на настройка: стойности на функционалните параметри: отменете операцията по промяна на стойността на функционалния параметър и влезте в режим на преглед на функционалните параметри от режима на настройка. Изход от менюто. В нормален режим: Променя долната индикация на дисплея.
	В режим на задаване на стойностите на функционалните параметри: отидете на предишния параметър или увеличете стойността на параметъра; При работещ двигател и активен цифров вход: Увеличете заданието за честота или заданието за PID управление (функция на потенциометъра). В режим на показване на грешка: преминете към следващия код на грешка.
	В режим на задаване на стойностите на функционалните параметри: преминете към следващия параметър или намалете стойността на параметъра; При работещ двигател и активен цифров вход: Намалете еталонната честота или еталонната стойност за PID управление (функция на потенциометъра). В режим на показване на грешка: отидете на предишния код на грешка.
СТАРТ	Когато се управлява от контролния панел: команда „завъртане напред“.
ОБРАТНО / СТЪПКА	При управление от контролния панел: REVERSE – команда „обратно въртене“, STEP – команда „step mode“ (избира се чрез функционалния параметър F 014)
СТОП/НУЛИРАНЕ	При работещ двигател: скоростта постепенно намалява, честотен преобразувателспира да работи.

Индикатори

Индикаторна група	Име индикатор	Състояние на индикатора	Обяснения
Блок индикатори	Hz	мига	Индикация на дисплея на стойността на зададената задача за еталонната честота
	Hz	осветен	Индикация на дисплея на стойността на изходната честота
		осветен	Индикация на дисплея на действителната стойност на изходния ток
		осветен	Индикация на дисплея на процента на изходящия ток
		мига	Индикация на дисплея на стойността на оставащото време, процент за всяка стъпка от работната програма
		осветен	Индикация на дисплея на стойността на входното напрежение
		мига	Индикация на дисплея на стойността на изходното напрежение
	об/мин	осветен	Индикация на дисплея на стойността на оборотите на двигателя
	MPa	мига	Индикация на дисплея на стойността на зададеното целево налягане
	MPa	осветен	Индикация на стойността на налягането на обратната връзка на дисплея
	Нито един от индикаторите не свети		Индикация на дисплея за общото време на работа
Индикатори за работа	M/D	осветен	Режим на локално управление честотен преобразувател(с помощта на дистанционното управление)
	NAPR	осветен	Инсталация честотен преобразувателсъвпада с посоката на въртене на двигателя
	NAPR	мига	Инсталация честотен преобразувателне съвпада с посоката на въртене на двигателя
	ПРАВ	осветен
	ПРАВ	мига	Двигателят се върти напред, без товар
	РЕВ	осветен	Обратно въртене на двигателя,
	РЕВ	мига	Обратно въртене на двигателя, без товар

Преглед и промяна на стойностите на функционалните параметри честотен преобразувател

IN честотни преобразувателиСерия STA C 5. CP/STA- C 3. CS във вътрешната памет се съхраняват повече от двеста функционални параметъра, чиито стойности могат да се преглеждат и променят, като по този начин се формират различни режими на работа и общ работен алгоритъм честотен преобразувател. Стойностите на повечето параметри могат да се променят по време на работа честотен преобразувател(за повече подробности вижте таблицата с функционални параметри) и те се запазват автоматично, когато се изключи.

Например, трябва да промените носещата честота на инвертора от 3 kHz (фабрична настройка) на 6 kHz. След това трябва да направите следното:

Функционален бутон	Статус на състоянието честотен преобразувател	Данни за дисплея на контролния панел честотен преобразувател(съответно отгоре и отдолу)	Обяснения
	Конверторът е в работен режим или е спрял (към конвертора се подава захранване)		Горният и долният дисплей показват стойностите на количествата, определени от функционалните параметри F 001 и F 002 съответно
МЕНЮ	Влезте в менюто на функционалните параметри на конвертора. Режим на преглед		Горният дисплей показва кода на функционалния параметър, който е бил последно зададен по време на работа на преобразувателя, долният дисплей показва текущата му стойност
	Избор на функционален параметър, чиято стойност искате да видите или промените		Горният дисплей показва кода на избрания от потребителя функционален параметър, долният дисплей показва текущата му стойност
МЕНЮ	Влизане в режим на промяна на стойността на функционален параметър		Горният дисплей показва кода на функционалния параметър, който може да се променя от потребителя, долният дисплей показва мигащата му текуща стойност
	Избор на стойност на функционален параметър		Горният дисплей показва кода на променливия от потребителя функционален параметър, долният дисплей мига избраната от потребителя стойност
ENTER /VD	Потвърждение на зададената стойност на функционалния параметър		Горният дисплей показва кода на променливия от потребителя функционален параметър, долният дисплей показва избраната от потребителя стойност спира да мига
ОТМЕНЯ / ND	Излизане от менюто с функционални параметри честотен преобразувател		Връщане към първоначалното състояние честотен преобразувател, но с модифицирана носеща честота (6 kHz)

3.2 Пробно изпълнение честотен преобразувател

Избор на режим на управление честотен преобразувател

IN честотни преобразувателиСерия STA C 5. CP/STA- C 3. CS Има два основни режима на управление честотен преобразувателв режим на работа: локален (от контролния панел на преобразувателя) и дистанционен (от клемите за управление на преобразувателя или през интерфейсаР.С. -485). За определяне на режима на управление на честотния преобразувател се използва функционален параметър F003.

Преди пробното пускане

Преди тестовото пускане проверете правилното свързване на захранващите вериги, стегнатостта на болтовете, прокарването на проводниците, целостта на захранващите кабели и товара.

По време на пробното пускане

По време на пробното пускане се уверете, че двигателят ускорява и спира плавно, върти се в определената посока, няма необичайни вибрации, необичайни звуци и дисплеите показват точни стойности.

Проверка на посоката на въртене на двигателя

Когато се подаде захранване към честотен преобразувател, на горния дисплей на контролния панел се изписва надпис „CТ.А. ", тогава и двата дисплея показват стойността "0.00" (ако тази стойност е по-голяма от 0.00, завъртете потенциометъра в най-лявата позиция). Блок индикаторите “Hz” и индикаторът за работа “M/D” започват да светят. Това означава, че референтната честота е показана на горния дисплей, а изходната честота на долния дисплей.

Натиснете и задръжте бутона REVERSE / STEP, започва честотен преобразувател, работните индикатори “VOLTAGE” и “DIRECT” започват да светват. Горният дисплей на контролния панел показва стойността на референтната честота за стъпковия режим - 5,00 Hz, долният екран показва изходната честота (от 0,00 до 5,00 Hz), която в съответствие с времето за ускорение в стъпковия режим ( функционален параметър F032), се увеличава до 5 Hz (до референтната честота). Освободете бутона REVERSE/STEP. Показанието на долния дисплей на контролния панел намалява до нула (двигателят спира). Показаната стойност се връща към първоначалната си стойност.

Ако двигателят се върти в посока, различна от необходимата, тогава е необходимо да се промени стойността на функционалния параметър F046. Променете реда на свързване на фазите във връзка честотен преобразуватели няма нужда от двигател.

Използване на потенциометъра на контролния панел по време на стартиране

Приложете захранване към честотен преобразувател, двата дисплея на контролния панел показват стойността „0.00“, ако тази стойност е по-голяма от 0.00, не забравяйте да завъртите потенциометъра на контролния панел на инвертора в най-лявата позиция. Блок индикаторите “Hz” и индикаторът за работа “M/D” започват да светят.

Натиснете бутона START, индикаторът “VOLTAGE” светва и индикаторът “DIRECT” започва да мига. Инверторът работи, като произвежда изходна честота, която е по-ниска от минималната начална честота. Завъртете потенциометъра по посока на часовниковата стрелка, за да зададете референтната честота на преобразувателя. Сега горният дисплей на контролния панел показва зададената референтна честота, а долният дисплей показва изходната честота, нарастваща от 0,00 Hz до стойността на референтната честота в съответствие с времето за ускорение на преобразувателя (функционален параметър F 019).

Проверете и други работни параметри на инвертора, като напрежение, ток, като използвате функционалните бутони ENTER/VD и CANCEL/ND.

Когато се натисне функционалният бутон STOP/RESET, инверторът спира да работи, намалявайки изходната честота от еталонната (изход, ако еталонната стойност все още не е достигната) до нула.

Настройка/промяна на референтната честота на преобразувателя

Да кажем, че е необходимо в режим на локално управление честотен преобразувателс постоянни времена на ускорение и забавяне, стартирайте двигателя при референтна честота на захранващото напрежение от 20 Hz в посока напред, след това го ускорете в същата посока до номиналната скорост при референтна честота на захранващото напрежение от 50 Hz ( режимът на настройка на референтната честота е цифров от контролния панел на преобразувателя), след това извършете реверс при референтна честота на захранващото напрежение от 50 Hz и спрете.

20 Hz

Напред

Алгоритъмът на действията (с обяснения), които трябва да се извършат, е представен в таблицата:

Действие	Функционална цел на действието	Показания на дисплея	Обяснения
1. Захранване на преобразувателя			Дисплеите показват настройките по подразбиране за инвертора: референтна честота - горен дисплей, изходна честота - долен дисплей. Индикатори „М/Д " и "Hz" на долния дисплей светват, а индикаторът "Hz" на горния дисплей мига.
2. Избор на режим за настройка на референтната честота на преобразувателя: МЕНЮ МЕНЮ ENTER/VD	Влизане в менюто с функционални параметри честотен преобразувател. Режим на преглед на параметрите. Потърсете кода на параметъра, който ви интересува ( F 004). Влизане в режим на промяна на параметрите. Промяна на стойността на параметъра от 1 на 0. Потвърждение на променената стойност.		Горният дисплей показва кода на функционалния параметър, който е бил последно зададен по време на работа на преобразувателя, а долният показва текущата му стойност. Горният дисплей показва кода на функционалния параметър, долният показва текущата му стойност. Стойността на параметъра започва да мига. Стойността на параметъра е променена, но продължава да мига. Стойността на параметъра е зададена и спира да мига.
3. Промяна на референтната честота на инвертора на 20 Hz: МЕНЮ МЕНЮ ENTER/VD	Промяна на стойността на функционален параметър F 013 от 50.00 до 20.00ч.	…………	Същото като в точка 2.
4. Излезте от менюто с функционални параметри на конвертора: ОТМЕНЯ / ND Индикацията на дисплеите има следните значения: зададена референтна честота - горен дисплей, изходна честота - долен дисплей.
5. Стартиране на двигателя в посока напред с еталонна честота от 20 Hz: СТАРТ	Индикацията на дисплеите има следните значения: горният дисплей е референтната честота, долният дисплей е изходната честота, чиято стойност нараства от 0.00 до 20.00 в съответствие с зададеното време за ускорение (функционален параметър F 019). Индикаторът “DIRECT” светва.
6. Увеличаване на референтната честота до 50 Hz:	Задръжте бутона за промяна, докато се получи желаната стойност.		Референтната честота (горния дисплей) се увеличава до 50.00, изходната честота (долния дисплей) също се увеличава до 50.00, но не моментално, а според зададеното време за ускорение.
7. Обратно въртене на двигателя с еталонна честота 50 Hz: МЕНЮ МЕНЮ ENTER/VD ОТМЕНЯ / ND ОБРАТНО / СТЪПКА	Влизане в менюто с функционални параметри честотен преобразувател, променете стойността на параметъраЕ 014 от 0 до 1 и излезте от менюто. Референтната честота (горния дисплей) съответства на 50.00, изходната честота (долния дисплей) намалява до 0.00 и след това се увеличава до 50.00 според зададеното време за забавяне и време за ускорение (параметри на функцията F 020 и F 019 съответно). Индикаторът “NAPR” мига, когато скоростта намалее, и спира да мига, когато се увеличи. Индикаторът “ROAR” светва.
8. Вижте изходния ток на преобразувателя: ENTER/VD	Натиснете бутона, докато се появи изходният ток на инвертора.		Индикацията на дисплеите има следните значения: горният дисплей е изходния ток на преобразувателя, долният дисплей е изходната честота. Индикаторът “Hz” на горния дисплей изгасва и индикаторът “A” светва.
9. Спиране на двигателя: Изходният ток на инвертора (горен дисплей) се намалява до 0,0, а изходната честота (долният дисплей) също се намалява до 0,00 според зададеното време за забавяне.

Честотен синтез - образуването на дискретен набор от честоти от една или повече референтни честоти f на. Референтната честота е силно стабилна честота на автоосцилатор, обикновено кварцов.

Честотен синтезатор (MF) е устройство, което осъществява процеса на синтез. Синтезаторът се използва в радиоприемащи и радиопредавателни устройства на радиокомуникационни системи, радионавигация, радар и други цели.

Основните параметри на синтезатора са: честотният диапазон на изходния сигнал, числото N и стъпката на честотната мрежа Df w, дългосрочна и краткосрочна нестабилност на честотата, нивото на фалшивите компоненти в изходния сигнал и времето за преход от една честота на друга. В съвременните синтезатори броят на генерираните от него дискретни честоти може да достигне десетки хиляди, а стъпката на мрежата може да варира от десетки херца до десетки и стотици килохерца. Дългосрочната нестабилност на честотата, определена от кварцов автоосцилатор, е 10 –6, а в специални случаи - 10 –8 ... 10 –9. Честотният диапазон на синтезатора варира в широки граници в зависимост от предназначението на оборудването, в което се използва.

Практическите дизайни на честотни синтезатори са много разнообразни. Въпреки това разнообразие, можем да отбележим общите принципи, залегнали в конструкцията на съвременните синтезатори:

Всички синтезатори се основават на използването на едно силно стабилно референтно трептене с определена честота f 0, чийто източник обикновено е еталонен кристален осцилатор;

Синтезът на множество честоти се осъществява чрез широко използване на делители, умножители и честотни преобразуватели, осигуряващи използването на едно еталонно трептене за формиране на честотна мрежа;

Предоставяне на честотни синтезатори с десетдневна настройка на честотата на възбудителя.

Въз основа на метода за генериране на изходни трептения, синтезаторите се разделят на две групи: направени по метода на директния (пасивен) синтез и тези, направени по метода на индиректния (активен) синтез.

Първата група включва синтезатори, в които изходните трептения се формират чрез разделяне и умножаване на честотата на еталонния осцилатор, последвано от добавяне и изваждане на честотите, получени в резултат на разделяне и умножение.

Втората група включва синтезатори, които генерират изходни трептения в диапазонен автоосцилатор на хармонични трептения с параметрична стабилизация на честотата, чиято нестабилност се елиминира чрез система за автоматично регулиране на честотата (AFC), базирана на референтни (високо стабилни) честоти.

Синтезаторите от двете групи могат да бъдат направени с помощта на аналогова или цифрова елементна база.

Синтезатори, направени по метода на директен синтез.

Високостабилният кварцов осцилатор генерира трептения с честота f 0 , които се подават към честотните делители и умножители на СЧ и ВЧ честотите.

Честотните делители намаляват честотата f 0 на отработените газове с цял брой пъти (d), а честотните множители я увеличават с цял брой пъти (k). Честотите, получени в резултат на разделяне и умножаване на честотата на референтния осцилатор (f 0), се използват за формиране на референтни честоти в специални устройства, наречени сензори за референтна честота. Общият брой сензори за референтна честота в честотен синтезатор за средни честоти зависи от обхвата на честотите, генерирани от синтезатора, и интервала между съседните честоти: колкото по-широк е честотният диапазон на средния диапазон и колкото по-малък е интервалът, толкова по-голям брой честотни честоти са необходими. С десетдневна настройка на честотата всеки DFC генерира десет референтни честоти с определен интервал между съседните честоти. Общият брой на необходимите сензори се определя от броя на цифрите (битовете) в записа на максималната честота на синтезатора.

Референтните честоти, генерирани в сензорите, се подават към смесителите. Превключващите се лентови филтри, включени на изхода на миксерите, подчертават общата честота в този пример: на изхода на първия f 1 + f 2 , на изхода на втория f 1 + f 2 + f 3 , на изхода на трети f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .

Честотата на изхода на възбудителя с десетдневна настройка се определя от позициите на превключвателите на всяка декада.

Относителната нестабилност на честотата на изхода на синтезатора е равна на нестабилността на отработените газове. Недостатъкът на този тип синтезатор е наличието на голям брой комбинирани честоти на неговия изход, което се обяснява с широкото използване на миксери.

Честотни синтезатори, изградени чрез метода на индиректен синтез

В синтезаторите, направени по метода на непряк синтез, източникът на изходни трептения е обхватен автоосцилатор на хармонични трептения, автоматично регулиран към силно стабилни честоти, генерирани в референтния честотен блок на BOCH.

Същността на автоматичното регулиране на честотата на AFC е, че трептенията на осцилатора, използващи високостабилни честоти, се преобразуват в определена постоянна честота f на AFC, която се сравнява със стойността на еталонната честота. Ако сравнените честоти не съвпадат, се генерира управляващо напрежение, което се подава към управлявания реактивен елемент и променя стойността на неговата реактивност (капацитет или индуктивност).

Контролираните реактивни елементи са включени във веригата, която определя честотата на AG. AG честотата се променя, докато f AFC се доближи до референтната честота с достатъчно малка остатъчна настройка.

В зависимост от устройството за сравнение, всички AFC системи могат да бъдат разделени на три типа:

Системи с честотно блокиран контрол на честотата, в които честотни детектори на черни дупки се използват като сравнително устройство;

Системи с фазово синхронизирана верига фазова заключваща верига, използващи фазови детектори PD като сравнително устройство;

Системи с импулсно-фазов автоматичен честотен контрол (IFAP), в които сравняващото устройство са импулсно-фазови детектори IPD.

Синтезатори с фазово заключен контур фазово заключване, за разлика от

синтезаторите с CAP нямат остатъчна разстройка. В PLL системата сравняващото устройство е фазовият детектор на PD. Управляващото напрежение на изхода на PD е пропорционално на фазовата разлика между двете приложени към него трептения, чиито честоти са равни в стационарно състояние.

Към PD се подават две трептения с близки честоти: едното от които е еталон с честота f 0, генерирано в цилиндъра, второто е продукт на преобразуване на трептенията на осцилатора в миксера с помощта на честотна решетка f 01 с цевта

f PR = f UG – f 01.

Ако f PR и f 0 са близки по стойност, тогава управляващото напрежение от изхода на PD компенсира отстройката на управляващия блок и f PR = f 0 и в системата се установява стационарен режим. PLL системата обаче работи в много тясна честотна лента, която не надвишава няколко kHz. За да се гарантира настройката на ултразвуковата форма на вълната в целия й честотен диапазон, в синтезатор се използва система за автоматично търсене с верига за заключване на фазата, която чрез промяна на честотата на ултразвуковата форма на вълната в целия честотен диапазон гарантира, че попада в обхвата на покритие на системата с верига за фазово заключване. Системата за автоматично търсене е автоосцилатор на трионообразно напрежение, който се включва, когато няма управляващо напрежение на изхода на нискочестотния филтър. Веднага щом честотите на UG попаднат в обхвата на улавяне на PLL системата, генераторът за търсене се изключва, системата влиза в режим на автонастройка с динамично равновесие f PR = f 0 .

Използването на логически елементи в средния диапазон доведе до появата на нови видове синтезатори, които се наричат цифрови. Те имат значителни предимства пред аналоговите. Те са по-прости, по-надеждни в експлоатация и имат по-малки размери и тегло.

Използването на логически интегрални схеми в цифровия честотен преобразувател направи възможно почти напълно премахване на честотното преобразуване на UG, заменяйки преобразувателите с честотен делител с променлив коефициент на разделяне DPKD.

Блокова схема на синтезатор с един фазово заключен кръгов пръстен

В диаграмата DPKD - делител с променлив коефициент на разделяне - K-битов програмируем цифров брояч. Предназначението на останалите звена на веригата става ясно от надписите, направени върху тях. Блокът за управление получава и съхранява програмни данни и генерира кодов сигнал, който задава стойността на коефициента на разделяне N в зависимост от командата, получена от синтезатора. В резултат на действието на фазово заключен контрол на честотата се установява равенството на честотите на сигналите, постъпващи на входа на импулсно-фазовия дискриминатор: f 1 = f 2, което ни позволява да напишем следната зависимост за честоти на стабилизираните и референтните автоосцилатори, като се вземат предвид стойностите на коефициентите на разделяне:

Съгласно стъпката на честотната мрежа Df w =f fl /M. Чрез промяна на контролираната стойност N се задава необходимата стойност на честотата на стабилизирания генератор, която с помощта на управляващ елемент може да се настройва в необходимия честотен диапазон.

В момента при разработването на електронно оборудване се обръща голямо внимание на стабилността на неговите характеристики. Мобилните радиокомуникации, включително клетъчните комуникации, не са изключение. Основното условие за постигане на стабилни характеристики на компонентите на електронното оборудване е стабилността на честотата на главния осцилатор.

Всяко електронно оборудване, включително приемници, предаватели и микроконтролери, обикновено съдържа голям брой генератори. Първоначално трябваше да се положат усилия за осигуряване на честотна стабилност на всички генератори. С развитието на цифровите технологии хората се научиха да формират трептене с произволна честота от една оригинална честота. В резултат на това стана възможно да се отделят допълнителни средства за увеличаване на стабилността на честотата на ЕДИН осцилатор и по този начин да се получи цял набор от честоти с много висока стабилност. Този честотен генератор се нарича референтен генератор

Първоначално са използвани специални методи за проектиране за получаване на стабилни трептения на LC генератори:

Промяната в индуктивността, дължаща се на разширението на металната тел, беше компенсирана чрез избор на материал на сърцевината, чийто ефект беше противоположен на този на индуктивните проводници;
металът е изгорен в керамично ядро с нисък температурен коефициент на разширение;
във веригата бяха включени кондензатори с различни температурни коефициенти на капацитет (TKE).

По този начин беше възможно да се постигне стабилност на честотата на референтния осцилатор от 10 -4 (при честота от 10 MHz дрейфът на честотата беше 1 kHz)

В същото време беше извършена работа по използването на напълно различни методи за получаване на стабилни трептения. Разработени са струнни, камертонни и магнитострикционни генератори. Тяхната стабилност достигна много високи стойности, но в същото време техните размери, сложност и цена възпрепятстваха широкото им разпространение. Революционен пробив беше развитието на използването на генератори. Една от най-разпространените схеми на кварцов осцилатор, направена на биполярен транзистор, е показана на фигура 1.

Фигура 1. Схема на кристален осцилатор, базиран на биполярен транзистор

В тази референтна осцилаторна верига амплитудният баланс се осигурява от транзистора VT1, а фазовият баланс се осигурява от веригата Z1, C1, C2. Генераторът е сглобен по стандарта. Разликата е, че вместо индуктор се използва кварцов резонатор Z1. Трябва да се отбележи, че в тази схема не е необходимо да се използва . Често това се оказва напълно достатъчно. Подобна диаграма е показана на фигура 2.

Фигура 2. Схема на кристален осцилатор със стабилизация на колекторния режим

Веригите на кварцовия осцилатор, показани на фигури 1 и 2, позволяват да се получи стабилност на еталонната честота на трептене от порядъка на 10 -5 Краткосрочната стабилност на трептенията на еталонния осцилатор оказва най-голямо влияние върху товара. Ако има външни трептения на изхода на еталонния осцилатор, неговите трептения могат да бъдат уловени. В резултат на това кристалният осцилатор ще произвежда трептения на честотата на смущение. За да се предотврати проявата на това явление в референтния осцилатор, на изхода му обикновено се инсталира усилвател, чиято основна цел е да не позволява външни трептения да преминават в кварцовия осцилатор. Подобна диаграма е показана на фигура 3.

Фигура 3. Верига на кварцов осцилатор с отделяне на вериги за настройка на честотата от изхода на веригата

Също толкова важен параметър, който до голяма степен определя фазовия шум на осцилатора (за цифрови схеми - трептене на синхронизиращия сигнал) е захранващото напрежение, следователно референтните кристални осцилатори обикновено се захранват от високо стабилен източник на напрежение с ниско ниво на шум и мощността е филтрирани от RC или LC вериги.

Най-голям принос за честотната нестабилност на кварцовия осцилатор има температурната зависимост на резонансната честота на кварцовия резонатор. При производството на кристални еталонни осцилаторни резонатори обикновено се използват AT-срезове, които осигуряват най-добра стабилност на честотата в зависимост от температурата. То е 1*10 -5 (10 милионни или 10 ppm). Пример за зависимостта на честотата на кварцовите резонатори с AT-срез от температурата при различни ъгли на срязване (стъпка на ъгъла на срязване 10") е показан на фигура 4.

Фигура 4. Зависимост на честотата на кварцовите резонатори с AT-срез от температурата

Честотна нестабилност от 1*10 -5 е достатъчна за повечето радиоелектронни устройства, така че кварцовите осцилатори се използват много широко без специални мерки за повишаване на честотната стабилност. Кристално стабилизирани референтни осцилатори без допълнителни мерки за стабилизиране на честотата се наричат XO.

Както може да се види от Фигура 4, зависимостта на честотата на настройка на кварцов резонатор с AT-срез от температурата е добре известна. Освен това тази зависимост може да бъде отстранена експериментално за всеки конкретен екземпляр на кварцов резонатор. Следователно, ако постоянно измервате температурата на кварцовия кристал (или температурата вътре в кварцовия референтен осцилатор), тогава честотата на трептене на референтния осцилатор може да бъде изместена до номиналната стойност чрез увеличаване или намаляване на допълнителния капацитет, свързан към кварцовия резонатор .

В зависимост от веригата за управление на честотата, такива еталонни осцилатори се наричат TCXO (кристални осцилатори с температурна компенсация) или MCXO (кристални осцилатори, управлявани от микроконтролер). Честотната стабилност на такива кварцови референтни осцилатори може да достигне 0,5*10 -6 (0,5 милионни или 0,5 ppm)

В някои случаи референтните осцилатори осигуряват възможност за регулиране на номиналната честота на генериране в малки граници. Регулирането на честотата се извършва чрез напрежение, приложено към варикап, свързан към кварцов резонатор. Диапазонът на регулиране на честотата на генератора не надвишава част от процента. Такъв генератор се нарича VCXO. Част от веригата на еталонния осцилатор (без верига за термична компенсация) е показана на фигура 5.

Фигура 5. Кристален осцилатор с контролирано напрежение (VCXO)

Понастоящем много компании произвеждат еталонни осцилатори със стабилност на честотата до 0,5 * 10 -6 в корпуси с малък размер. Пример за чертеж на такъв референтен генератор е показан на фигура 6.

Фигура 6. Външен изглед на еталонен кристален осцилатор с температурна компенсация

Литература:

Заедно със статията "Референтни осцилатори" прочетете:

http://site/WLL/KvGen.php

http://site/WLL/synt.php

Според последните статистически данни приблизително 70% от цялата електроенергия, генерирана в света, се консумира от електрически задвижвания. И всяка година този процент расте.

С правилно избран метод за управление на електродвигател е възможно да се получи максимална ефективност, максимален въртящ момент на вала на електрическата машина и в същото време общата производителност на механизма ще се увеличи. Ефективно работещите електродвигатели консумират минимум електроенергия и осигуряват максимална ефективност.

При електрически двигатели, захранвани от инвертор, ефективността до голяма степен ще зависи от избрания метод за управление на електрическата машина. Само чрез разбиране на предимствата на всеки метод, инженерите и дизайнерите на задвижващи системи могат да получат максимална производителност от всеки метод за управление.
Съдържание:

Методи за контрол

Много хора, работещи в областта на автоматизацията, но не участващи тясно в разработването и внедряването на системи за електрическо задвижване, вярват, че управлението на електрически двигател се състои от последователност от команди, въведени с помощта на интерфейс от контролен панел или компютър. Да, от гледна точка на общата йерархия на управление на автоматизирана система, това е правилно, но има и начини за управление на самия електродвигател. Именно тези методи ще имат максимално въздействие върху производителността на цялата система.

За асинхронни двигатели, свързани към честотен преобразувател, има четири основни метода за управление:

U/f – волта на херц;
U/f с енкодер;
Векторно управление с отворен контур;
Векторно управление в затворен контур;

И четирите метода използват PWM модулация на ширината на импулса, която променя ширината на фиксиран сигнал чрез промяна на ширината на импулсите, за да създаде аналогов сигнал.

Широчинно-импулсната модулация се прилага към честотния преобразувател чрез използване на фиксирано напрежение на DC шината. чрез бързо отваряне и затваряне (по-правилно превключване) генерират изходни импулси. Чрез промяна на ширината на тези импулси на изхода се получава "синусоида" с желаната честота. Дори ако формата на изходното напрежение на транзисторите е импулсна, токът все още се получава под формата на синусоида, тъй като електродвигателят има индуктивност, която влияе върху формата на тока. Всички методи за управление се основават на PWM модулация. Разликата между методите за управление се състои само в метода за изчисляване на напрежението, подадено към електрическия мотор.

В този случай носещата честота (показана в червено) представлява максималната честота на превключване на транзисторите. Носещата честота за инверторите обикновено е в диапазона 2 kHz - 15 kHz. Еталонната честота (показана в синьо) е командният сигнал на изходната честота. За инверторите, използвани в конвенционалните електрически задвижващи системи, като правило тя варира от 0 Hz до 60 Hz. Когато сигнали от две честоти се наслагват един върху друг, ще бъде издаден сигнал за отваряне на транзистора (обозначен в черно), който доставя захранващо напрежение към електрическия мотор.

U/F метод на управление

Контролът на волт на Hz, най-често наричан U/F, е може би най-простият метод за управление. Често се използва в прости системи за електрическо задвижване поради своята простота и минималния брой параметри, необходими за работа. Този метод на управление не изисква задължителна инсталация на енкодер и задължителни настройки за електрическо задвижване с променлива честота (но се препоръчва). Това води до по-ниски разходи за спомагателно оборудване (сензори, проводници за обратна връзка, релета и др.). U/F контролът доста често се използва във високочестотно оборудване, например често се използва в машини с ЦПУ за задвижване на въртене на шпиндела.

Моделът с постоянен въртящ момент има постоянен въртящ момент в целия диапазон на скоростта със същото съотношение U/F. Моделът с променливо съотношение на въртящия момент има по-ниско захранващо напрежение при ниски скорости. Това е необходимо, за да се предотврати насищане на електрическата машина.

U/F е единственият начин за регулиране на скоростта на асинхронен електродвигател, който позволява управлението на няколко електрозадвижвания от един честотен преобразувател. Съответно всички машини стартират и спират едновременно и работят с еднаква честота.

Но този метод на контрол има няколко ограничения. Например, когато използвате метода за управление U/F без енкодер, няма абсолютно никаква сигурност, че валът на асинхронна машина се върти. Освен това началният въртящ момент на електрическа машина при честота 3 Hz е ограничен до 150%. Да, ограниченият въртящ момент е повече от достатъчен, за да побере повечето съществуващо оборудване. Например, почти всички вентилатори и помпи използват U/F метода за управление.

Този метод е относително прост поради по-свободната си спецификация. Регулирането на скоростта обикновено е в диапазона от 2% - 3% от максималната изходна честота. Реакцията на скоростта се изчислява за честоти над 3 Hz. Скоростта на реакция на честотния преобразувател се определя от скоростта на реакцията му на промени в еталонната честота. Колкото по-висока е скоростта на реакция, толкова по-бързо електрическото задвижване ще реагира на промени в настройката на скоростта.

Диапазонът на контрол на скоростта при използване на метода U/F е 1:40. Като умножим това съотношение по максималната работна честота на електрическото задвижване, получаваме стойността на минималната честота, при която електрическата машина може да работи. Например, ако максималната стойност на честотата е 60 Hz и диапазонът е 1:40, тогава минималната стойност на честотата ще бъде 1,5 Hz.

Моделът U/F определя връзката между честота и напрежение по време на работа на задвижване с променлива честота. Съгласно него кривата на настройка на скоростта на въртене (честота на двигателя) ще определя, освен стойността на честотата, и стойността на напрежението, подадено към клемите на електрическата машина.

Операторите и техниците могат да изберат желания U/F контролен модел с един параметър в модерен честотен преобразувател. Предварително инсталираните шаблони вече са оптимизирани за конкретни приложения. Има и възможности за създаване на ваши собствени шаблони, които ще бъдат оптимизирани за конкретно задвижване с променлива честота или електромоторна система.

Устройства като вентилатори или помпи имат въртящ момент на натоварване, който зависи от тяхната скорост на въртене. Променливият въртящ момент (снимката по-горе) на модела U/F предотвратява грешки при управление и подобрява ефективността. Този контролен модел намалява токовете на намагнитване при ниски честоти чрез намаляване на напрежението на електрическата машина.

Механизмите с постоянен въртящ момент като конвейери, екструдери и друго оборудване използват метод за контрол на постоянния въртящ момент. При постоянно натоварване е необходим пълен ток на намагнитване при всички скорости. Съответно характеристиката има прав наклон в целия диапазон на скоростта.

U/F метод на управление с енкодер

Ако е необходимо да се увеличи точността на управление на скоростта на въртене, към системата за управление се добавя енкодер. Въвеждането на обратна връзка за скоростта с помощта на енкодер ви позволява да увеличите точността на управление до 0,03%. Изходното напрежение все още ще се определя от зададения модел U/F.

Този метод на управление не се използва широко, тъй като предимствата, които предоставя в сравнение със стандартните U/F функции, са минимални. Стартовият въртящ момент, скоростта на реакция и обхватът на контрол на скоростта са идентични със стандартния U/F. Освен това, когато работните честоти се увеличат, могат да възникнат проблеми с работата на енкодера, тъй като той има ограничен брой обороти.

Векторно управление с отворен контур

Векторно управление с отворен контур (VC) се използва за по-широко и по-динамично управление на скоростта на електрическа машина. При стартиране от честотен преобразувател електродвигателите могат да развият пусков момент от 200% от номиналния въртящ момент при честота от само 0,3 Hz. Това значително разширява списъка от механизми, където може да се използва асинхронно електрическо задвижване с векторно управление. Този метод също ви позволява да контролирате въртящия момент на машината във всичките четири квадранта.

Въртящият момент е ограничен от двигателя. Това е необходимо, за да се предотврати повреда на оборудване, машини или продукти. Стойността на въртящите моменти е разделена на четири различни квадранта, в зависимост от посоката на въртене на електрическата машина (напред или назад) и в зависимост от това дали електрическият двигател изпълнява . Ограниченията могат да бъдат зададени за всеки квадрант поотделно или потребителят може да зададе общия въртящ момент в честотния преобразувател.

Режимът на двигателя на асинхронна машина ще бъде при условие, че магнитното поле на ротора изостава от магнитното поле на статора. Ако магнитното поле на ротора започне да изпреварва магнитното поле на статора, тогава машината ще влезе в режим на регенеративно спиране с освобождаване на енергия; с други думи, асинхронният двигател ще премине в режим на генератор.

Например, машина за затваряне на бутилка може да използва ограничаване на въртящия момент в квадрант 1 (посока напред с положителен въртящ момент), за да предотврати пренатягане на капачката на бутилка. Механизмът се движи напред и използва положителния въртящ момент, за да затегне капачката на бутилката. Но устройство като асансьор с противотежест, по-тежка от празната кабина, ще използва квадрант 2 (обратно въртене и положителен въртящ момент). Ако кабината се издигне до последния етаж, тогава въртящият момент ще бъде противоположен на скоростта. Това е необходимо, за да се ограничи скоростта на повдигане и да се предотврати свободното падане на противотежестта, тъй като тя е по-тежка от кабината.

Обратната връзка по ток в тези честотни преобразуватели ви позволява да зададете ограничения на въртящия момент и тока на електродвигателя, тъй като с увеличаването на тока се увеличава и въртящият момент. Изходното напрежение на инвертора може да се увеличи, ако механизмът изисква по-голям въртящ момент, или да намалее, ако се достигне максимално допустимата му стойност. Това прави векторния принцип на управление на асинхронна машина по-гъвкав и динамичен в сравнение с U/F принципа.

Също така, честотните преобразуватели с векторно управление и отворена верига имат по-бърза реакция на скоростта от 10 Hz, което прави възможно използването им в механизми с ударни натоварвания. Например при скалните трошачки товарът се променя постоянно и зависи от обема и размерите на скалата, която се обработва.

За разлика от модела на управление U/F, векторното управление използва векторен алгоритъм за определяне на максималното ефективно работно напрежение на електродвигателя.

Векторното управление на VU решава този проблем поради наличието на обратна връзка по тока на двигателя. По правило обратната връзка по ток се генерира от вътрешните токови трансформатори на самия честотен преобразувател. Използвайки получената стойност на тока, честотният преобразувател изчислява въртящия момент и потока на електрическата машина. Основният вектор на тока на двигателя е математически разделен на вектор на тока на намагнитване (I d) и въртящия момент (I q).

Използвайки данните и параметрите на електрическата машина, инверторът изчислява векторите на тока на намагнитване (I d) и въртящия момент (I q). За да постигне максимална производителност, честотният преобразувател трябва да поддържа I d и I q разделени под ъгъл от 90 0. Това е важно, защото sin 90 0 = 1, а стойност 1 представлява максималната стойност на въртящия момент.

Като цяло векторното управление на асинхронен двигател осигурява по-строг контрол. Регулирането на скоростта е приблизително ±0,2% от максималната честота, а диапазонът на регулиране достига 1:200, което може да поддържа въртящ момент при работа при ниски скорости.

Векторно управление с обратна връзка

Векторното управление с обратна връзка използва същия алгоритъм за управление като VAC с отворена верига. Основната разлика е наличието на енкодер, който позволява на регулатора да развие 200% начален въртящ момент при 0 об./мин. Тази точка е просто необходима, за да се създаде начален момент при движение на асансьори, кранове и други повдигащи машини, за да се предотврати падането на товара.

Наличието на сензор за обратна връзка ви позволява да увеличите времето за реакция на системата до повече от 50 Hz, както и да разширите обхвата на контрол на скоростта до 1:1500. Също така наличието на обратна връзка ви позволява да контролирате не скоростта на електрическата машина, а въртящия момент. В някои механизми стойността на въртящия момент е от голямо значение. Например машина за навиване, механизми за запушване и други. При такива устройства е необходимо да се регулира въртящият момент на машината.