Опорна частота. Конспект лекції: Метрологічні характеристики електронних осцилографів. До додаткових параметрів відносяться

1. Смуга пропускання або параметри перехідної характеристики. Смуга пропускання – діапазон частот, у якому АЧХ має спад трохи більше 3 дБ щодо значення опорної частоті. Опорна частота – частота, де спад АЧХ відсутня. Значення спаду АЧХ в дБ знаходить із співвідношення:

де l f оп- значення зображення на опорній частоті;
l f змін- Розмір зображення на частоті, для якої вимірюється спад АЧХ.

2. Нерівномірність АЧХ.

3. Нелінійність амплітудної характеристики підсилювача ЕО: β a =(l-1)*100%, де l– розмір, що найбільше відрізняється від одного поділу шкали екрана, сигналу в будь-якому місці робочої зони екрана. Її вимірюють, подаючи на вхід осцилографа сигнал імпульсної або синусоїдальної форми з амплітудою, що забезпечує отримання в центрі екрана ЕПТ зображення сигналу розміром один розподіл шкали. Потім вимірюють розмір зображення сигналу різних місцях робочої частини екрана, переміщуючи його вертикальної осі з допомогою зовнішнього джерела напруги.

4. Якість відтворення сигналу в імпульсному ЕО. Ця якість характеризується параметрами перехідної характеристики (ПХ):

4.1. Час наростання перехідної характеристики (ПХ) - τ нвимірюють за таких умов: на вхід ЕО подають імпульси з часом наростання не більше 0,3 часу наростання ПХ, зазначеної в паспорті, стандартах або технічної документації на ЕО конкретного типу. Тривалість імпульсу повинна бути не меншою, ніж у 10 разів більше часу наростання ПХ. Викиди на імпульсі не повинні перевищувати 10% часу наростання зображення імпульсу протягом якого відбувається відхилення променя від рівня 0.1 до рівня 0.9 амплітуди імпульсу;

4.2. Значення величини викиду: δ u = (l B / lu) * 100%, де l B– амплітуда зображення викиду, l u- Амплітуда зображення імпульсу. Визначення δ uвиробляють на імпульсах позитивної та негативної полярності.

4.3. Спад вершини зображення імпульсу: l СП(значення величини спаду імпульсу) вимірюють, подаючи на вхід каналу вертикального відхилення імпульс тривалістю понад 25 τ нз амплітудою, що забезпечує максимальний розмір зображення імпульсу робочої частини екрану ЕЛТ. Значення спаду вершини імпульсу вимірюють за його зображенням у точці, що віддаляється від початку імпульсу на час, що дорівнює його тривалості. Нормують значення щодо спаду вершини імпульсу, що визначається за формулою: Q=l СП /l u

4.4. Нерівномірність вершини зображення імпульсу (відображення, синхронність наведення). Величина відображення γ визначається з формули γ=(S 1 -S) / S, де S 1- Амплітуда викиду або спаду, S- Товщина лінії променя, зазначена в стандартах або в описі на даний ЕО. Синхронні наведення vвизначають вимірюванням амплітуд, накладених на зображення коливань, викликаних внутрішніми наведеннями, синхронним запуском розгортки: v = (v 1 -S)/S, де v 1- відхилення променя ЕПТ через накладання на зображення коливань, викликаних внутрішнім наведенням. Знаючи параметри ПХ можна визначити параметри АЧХ: f B = 350/τ н (МГц), f н = Q / (2π τ u) (Гц).

5. Чутливість (нормальне значення коефіцієнта відхилення): ε=l/U вх …K d =1/ε=U вх /l…δ K =(K d /K d0)*100%, де ε - чутливість, l– значення зображення амплітуди імпульсу, U вх– значення амплітуди вхідного сигналу, K d- Коефіцієнт відхилення сигналу по ОУ, δ До- Похибка коефіцієнта відхилення, K d0– номінальне значення K d, зазначене у технічній документації.

6. Параметри входу ЕО зі смугою пропускання до 30 МГц визначаються безпосереднім виміром R і відповідними приладами. Для більш широкосмугових ЕО в тих. У описі дається методика визначення цих параметрів.

7. Похибки калібратора амплітуди та калібратора часових інтервалів та їх вимір. Визначення похибки вимірювання даних параметрів проводиться шляхом порівняння показань випробуваного ЕО та зразкового вимірювального пристрою з похибкою вимірювання відповідної величини в 3 рази меншою, ніж у ЕО, що повіряється.

8. Тривалість розгортки – час прямого ходу розгортки, протягом якого промінь пробігає всю робочу частину екрана у горизонтальному напрямі. У сучасних ЕО тривалість прямого ходу розгортки Т Пзадається як коефіцієнт розгортки К р = Т П /l Т, δ р = (К р / До р ном -1) * 100%, де l Т- Довжина відрізка горизонтальної осі, що відповідає тривалості Т П, δ р- Похибка коефіцієнта розгортки, К р ном- Номінальне значення коефіцієнта розгортки.

9. Нелінійність розгортки: β р = (l-1) * 100%, де l- Тривалість найбільш відрізняється від 1 см або одного поділу шкали тимчасового інтервалу в будь-якому місці робочої частини розгортки в межах робочої частини екрана.

Увага! Кожен електронний конспект лекцій є інтелектуальною власністю свого автора та опублікований на сайті виключно для ознайомлення.

3.1 Призначення та використання пульта управління частотного перетворювача

На пульті керування перетворювача частотизнаходяться 2 дисплеї індикації (4 розряди, 7 сегментів), кнопки управління, аналоговий потенціометр, індикатори роботи та блокові індикатори. За допомогою кнопок можна встановлювати функціональні параметри, подавати керуючі команди та контролювати роботу частотного перетворювача.

Дисплей пульта керування

При налаштуванні (перегляді) функціональних параметрів перетворювача на верхньому дисплеї пульта керування відображаються коди відповідних параметрів, на нижньому їх значення.

У робочому режимі перетворювача на обох екранах відображаються поточні значення величин, які вибираються за допомогою функціональних параметрів F 001 та F 002, при виникненні помилки – код помилки стану перетворювача частоти.

Функціональні кнопки

Кнопка	Призначення
Потенціометр	Збільшення/зменшення величини опорної частоти, завдання для ПІД-регулювання
МЕНЮ	Вхід у меню для встановлення/перегляду значень функціональних параметрів. Значення функціональних параметрів починають блимати, коли їх можна змінити
ВВЕДЕННЯ / ВД	У режимі встановлення значень функціональних параметрів: запис (підтвердження) вибраного значення параметра у внутрішню пам'ять частотного перетворювача. При успішному завершенні операції записуване значення припиняє блимати. У звичайному режимі: змінити індикацію верхнього дисплея.
СКАСУВАННЯ / НД	У режимі встановлення: значень функціональних параметрів: скасування операції зміни значення функціонального параметра та перехід у режим відтворення функціональних параметрів з режиму установки. Вихід із меню. У звичайному режимі: зміна індикації дисплея.
	У режимі налаштування значень функціональних параметрів: перехід до попереднього параметра або збільшення значення параметра; При працюючому двигуні та активному цифровому введенні: збільшення опорної частоти або завдання для ПІД-регулювання (функція потенціометра). У режимі індикації помилок: перехід до наступного коду помилки.
	У режимі встановлення значень функціональних параметрів: перехід до наступного або зменшення значення параметра; При двигуні, що працює, і при активному цифровому введенні: зменшення опорної частоти або завдання для ПІД-регулювання (функція потенціометра). У режимі індикації помилок: перехід до попереднього коду помилки.
ПУСК	При керуванні з пульта керування: команда «обертання вперед»
РЕВЕРС / КРОК	При керуванні з пульта управління: РЕВЕРС – команда «реверсивне обертання», КРОК – команда «кроковий режим» (вибирається за допомогою функціонального параметра F 014)
СТОП / СКИДАННЯ	При працюючому двигуні: кількість обертів поступово знижується, частотний перетворювачприпиняє працювати.

Індикатори

Група індикаторів	Найменування індикатора	Стан індикатора	Пояснення
Блокові індикатори	Гц	блимає	Індикація на дисплеї значення завдання, що встановлюється на опорну частоту
	Гц	горить	Індикація на дисплеї значення вихідної частоти
		горить	Індикація на дисплеї значення фактичного вихідного струму
		горить	Індикація на дисплеї відсотка вихідного струму
		блимає	Індикація на дисплеї значення часу, що залишився, відсоток для кожного кроку функціонуючої програми
		горить	Індикація на дисплеї значення вхідної напруги
		блимає	Індикація на дисплеї значення вихідної напруги
	про/хв	горить	Індикація на дисплеї значення швидкості обертання двигуна
	МПа	блимає	Індикація на дисплеї значення завдання, що встановлюється на тиск
	МПа	горить	Індикація на дисплеї значення тиску зворотного зв'язку
	Жоден із індикаторів не горить		Індикація на дисплеї загального часу роботи
Індикатори роботи	М/Д	горить	Місцевий режим керування частотним перетворювачем(за допомогою пульта керування)
	НАПР	горить	Встановлення частотного перетворювачазбігається з напрямком обертання двигуна
	НАПР	блимає	Встановлення частотного перетворювачане збігається з напрямком обертання двигуна
	ПРЯМ	горить
	ПРЯМ	блимає	Обертання двигуна вперед, навантаження немає
	РІВ	горить	Реверсивне обертання двигуна
	РІВ	блимає	Реверсивне обертання двигуна, навантаження немає

Перегляд та зміна значень функціональних параметрів частотного перетворювача

У частотних перетворювачахсерії СТА- C 5. CP / СТА- C 3. CS є більше двохсот функціональних параметрів, що зберігаються у внутрішній пам'яті, значення яких можна переглядати та змінювати, формуючи, тим самим, різні режими роботи та загальний алгоритм функціонування частотного перетворювача. Значення більшості параметрів можна змінювати під час роботи частотного перетворювача(Докладніше див. таблицю функціональних параметрів), при цьому вони автоматично зберігаються при його вимкненні.

Наприклад, Вам необхідно змінити частоту перетворювача, що несе, з 3 кГц (заводське значення параметра) до 6 кГц. Тоді необхідно зробити такі дії:

Функціональна кнопка	Статус стану частотного перетворювача	Дані дисплеїв пульта керування частотного перетворювача(верхній та нижній відповідно)	Пояснення
	Перетворювач перебуває в робочому режимі або зупинено (живлення на перетворювач подано)		На верхньому та нижньому дисплеях індикуються значення величин, задані функціональними параметрами F 001 та F 002 відповідно
МЕНЮ	Вхід до меню функціональних параметрів перетворювача. Режим перегляду		На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, який встановлювався останнім під час роботи перетворювача, на нижньому дисплеї – чинне значення
	Вибір функціонального параметра, значення якого необхідно переглянути чи змінити		На верхньому дисплеї відображається код вибраного користувачем функціонального параметра, на нижньому дисплеї – його чинне значення
МЕНЮ	Вхід у режим зміни значення функціонального параметра		На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, що змінюється користувачем, на нижньому дисплеї – його діюче значення починає блимати
	Вибір значення функціонального параметра		На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, що змінюється користувачем, на нижньому дисплеї – блимає значення, вибране користувачем
ВВЕДЕННЯ /ВД	Підтвердження значення функціонального параметра, що встановлюється		На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, що змінюється користувачем, на нижньому дисплеї –значення, обране користувачем, перестає блимати
СКАСУВАННЯ / НД	Вихід із меню функціональних параметрів частотного перетворювача		Повернення до початкового стану частотного перетворювача, але із зміненою несучою частотою (6 кГц)

3.2 Пробний запуск частотного перетворювача

Вибір режиму керування частотного перетворювача

У частотних перетворювачахсерії СТА- C 5. CP / СТА- C 3. CS є два основних режими управління частотного перетворювачау робочому режимі: місцевий (з пульта управління перетворювача) та дистанційний (з клем управління перетворювача або за інтерфейсом RS -485). Для визначення режиму керування частотним перетворювачем використовується функціональний параметр F003.

Перед пробним запуском

Перед пробним пуском перевірте коректність підключення силових ланцюгів, міцність фіксації болтів, прокладання проводів, цілісність силових кабелів, навантаження.

Під час пробного запуску

Під час пробного пуску переконайтеся, що двигун плавно розганяється та плавно зупиняється, обертається у заданому напрямку, відсутні нетипові вібрації, нехарактерні звуки, дисплеї відображають точні значення.

Перевірка напрямку обертання двигуна

При подачі електроживлення частотний перетворювач, на верхньому дисплеї пульта керування відображається напис «С TA », далі на обох дисплеях відображається значення «0.00» (якщо це значення більше, ніж 0.00, поверніть потенціометр у крайнє ліве положення). Блокові індикатори "Гц" та індикатор роботи "М/Д" починають світитися. Це свідчить, що у верхньому дисплеєм індикується опорна частота, на нижньому – вихідна.

Натисніть та утримуйте кнопку РЕВЕРС/КРОК, відбувається запуск частотного перетворювача, індикатори роботи “НАПР” та ”ПРЯМ” починають світитися. На верхньому дисплеї пульта керування індикується значення опорної частоти для крокового режиму – 5.00 Гц, на нижньому екрані – вихідна частота (від 0.00 до 5.00 Гц), яка відповідно до часу розгону в кроковому режимі (функціональний параметр F032) зростає до 5 Гц ( до опорної частоти). Відпустіть кнопку РЕВЕРС/КРОК. Показ на нижньому дисплеї пульта керування зменшується до нуля (двигун зупиняється). Значення на дисплеї стає початковим.

Якщо при цьому обертання двигуна відбувалося в напрямку, відмінному від необхідного, необхідно змінити значення функціонального параметра F046. Змінювати порядок підключення фаз у з'єднанні частотного перетворювачаі двигуна немає потреби.

Використання потенціометра пульта керування під час пуску

Подайте електроживлення на частотний перетворювач, на обох дисплеях пульта керування відображається значення «0.00», якщо це значення більше, ніж 0.00, то обов'язково поверніть потенціометр пульта керування перетворювача в крайнє ліве положення. Блокові індикатори "Гц" та індикатор роботи "М/Д" починають світитися.

Натисніть кнопку ПУСК, починає світитися індикатор НАПР, а індикатор ПРЯМ починає блимати. Перетворювач працює, виробляючи вихідну частоту, яка менша за мінімальну стартову частоту. Поверніть потенціометр за годинниковою стрілкою, виставивши цим опорну частоту перетворювача. Тепер на верхньому дисплеї пульта керування індикується задана опорна частота, а на нижньому – вихідна частота, що збільшується від 0.00 Гц до значення опорної частоти відповідно до часу розгону перетворювача (функціональний параметр F019).

Перевірте також інші робочі параметри перетворювача, такі, як напруга, струм, за допомогою функціональних кнопок ВВЕДЕННЯ / ВД і СКАСУВАННЯ / НД.

При натисканні функціональної кнопки СТОП / СКИДАННЯ перетворювач перестає працювати, зменшуючи вихідну частоту від опорної (вихідний, якщо ще не досягнута опорна) до нульової.

Завдання/зміна опорної частоти перетворювача

Допустимо, необхідно в місцевому режимі управління частотного перетворювачапри незмінних часах розгону і часу гальмування запустити двигун при опорній частоті напруги живлення 20 Гц у прямому напрямку, потім розігнати його в тому ж напрямку до номінальної швидкості при опорній частоті напруги живлення 50 Гц (режим завдання опорної частоти – цифровий з пульта управління перетворювача), після чого здійснити реверс при опорній частоті напруги живлення 50 Гц і зупинити.

20 Гц

Вперед

Алгоритм дій (з поясненнями), які необхідно зробити, наведено в таблиці:

Дія	Функціональне призначення дії	Показ дисплеїв	Пояснення
1. Подача харчування на перетворювач			На дисплеях з'являється індикація, встановлена в стандартному перетворювачі: опорна частота - верхній дисплей, вихідна частота - нижній дисплей. Індикатори « М / Д » та «Гц» нижнього дисплея загоряються, а індикатор «Гц» верхнього дисплея блимає.
2. Вибір режиму завдання опорної частоти перетворювача: МЕНЮ МЕНЮ ВВЕДЕННЯ / ВД	Вхід до меню функціональних параметрів частотного перетворювача. Режим перегляду параметрів. Пошук коду цікавого параметра ( F004). Вхід у режим зміни параметра. Зміна значення параметра з 1 до 0. Підтвердження зміненого значення.		На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, який встановлювався останнім під час роботи перетворювача, на нижньому дисплеї – чинне значення. На верхньому дисплеї відображається код функціонального параметра, на нижньому його діюче значення. Значення параметра починає блимати. Значення параметра змінено, але блимає. Значення параметра встановлено та перестає блимати.
3. Зміна значення опорної частоти перетворювача на 20 Гц: МЕНЮ МЕНЮ ВВЕДЕННЯ / ВД	Зміна значення функціонального параметра F 013 з 50.00 до 20.00.	…………	Аналогічно, як у пункті 2.
4. Вихід із меню функціональних параметрів перетворювача: СКАСУВАННЯ / НД Індикація на дисплеях має такі значення: встановлена опорна частота – верхній дисплей, вихідна частота – нижній дисплей.
5. Пуск двигуна у прямому напрямку з опорною частотою 20 Гц: ПУСК	Індикація на дисплеях має такі значення: верхній дисплей – опорна частота, нижній дисплей – вихідна частота, значення якої збільшується з 0.00 до 20.00 відповідно до встановленого часу розгону (функціональний параметр F019). Світиться індикатор «ПРЯМ».
6. Збільшення опорної частоти до 50 Гц:	Утримуйте кнопку зміни до отримання потрібного значення.		Опорна частота (верхній дисплей) збільшується до 50.00, вихідна частота (нижній дисплей) також збільшується до 50.00, але не миттєво, а відповідно до встановленого часу розгону.
7. Реверсивне обертання двигуна з опорною частотою 50 Гц: МЕНЮ МЕНЮ ВВЕДЕННЯ / ВД СКАСУВАННЯ / НД РЕВЕРС / КРОК	Вхід до меню функціональних параметрів частотного перетворювача, зміна значення параметра F 014 з 0 на 1 та вихід з меню. Опорна частота (верхній дисплей) відповідає 50.00, вихідна частота (нижній дисплей) зменшується до 0.00, а потім збільшуються до 50.00 відповідно до встановлених часів гальмування та часу розгону (функціональні параметри F 020 та F 019 відповідно). Індикатор НАПР блимає під час зменшення швидкості, перестає блимати під час її збільшення. Світиться індикатор «РЕВ».
8. Перегляд вихідного струму перетворювача: ВВЕДЕННЯ / ВД	Натискайте кнопку, доки не з'явиться індикація вихідного струму перетворювача.		Індикація на дисплеях має такі значення: верхній дисплей – вихідний струм перетворювача, нижній дисплей – вихідна частота. Індикатор «Гц» верхнього дисплея перестає світитися, а індикатор «А» загоряється.
9. Зупинка двигуна: Вихідний струм перетворювача (верхній дисплей) зменшується до 0.0, вихідна частота (нижній дисплей) – також зменшується до 0.00 відповідно до встановленого часу гальмування.

Синтез частот - формування дискретної множини частот з однієї або декількох опорних частот f on. Опорною називається високостабільна частота автогенератора, зазвичай кварцового.

Синтезатор частот (СЧ) – пристрій, що реалізує процес синтезу. Синтезатор використовується в радіоприймальних та радіопередаючих пристроях систем радіозв'язку, радіонавігації, радіолокації та іншого призначення.

Основними параметрами синтезатора є: діапазон частот вихідного сигналу, кількість N та крок сітки частот Df ш, довготривала та короткочасна нестабільність частоти, рівень побічних складових у вихідному сигналі та час переходу з однієї частоти на іншу. У сучасних синтезаторах число формованих ним дискретних частот може сягати десятків тисяч, а крок сітки змінюватися від десятків герц до десятків і сотень кілогерц. Довготривала нестабільність частоти, що визначається кварцовим автогенератором, становить 10 -6, а в спеціальних випадках - 10 -8 ... 10 -9 . Діапазон частот синтезатора змінюється у межах залежно від призначення апаратури, у якій він використовується.

Практичні схеми синтезаторів частот дуже різноманітні. Незважаючи на цю різноманітність, можна відзначити загальні принципи, що лежать в основі побудови сучасних синтезаторів:

Всі синтезатори засновані на використанні одного високостабільного опорного коливання з деякою частотою f 0 джерелом якого зазвичай є опорний кварцовий генератор;

Синтез множини частот здійснюється широким використанням дільників, помножувачів та перетворювачів частоти, що забезпечують використання одного опорного коливання для формування сітки частот;

Забезпечує синтезатори частот декадної установки частоти збудника.

За методом формування вихідних коливань синтезатори поділяються на дві групи: виконані за методом прямого (пасивного) синтезу та виконані за методом непрямого (активного) синтезу.

До першої групи відносяться синтезатори, в яких вихідні коливання формуються шляхом розподілу множення частоти опорного генератора з наступним додаванням і відніманням частот, отриманих в результаті розподілу та множення.

До другої групи належать синтезатори, що формують вихідні коливання в діапазонному автогенераторі гармонійних коливань з параметричною стабілізацією частоти, нестабільність якого усувається системою автоматичного підстроювання частоти (АПЛ) за еталонними (високостабільними) частотами.

Синтезатори обох груп можуть бути виконані з використанням аналогової чи цифрової елементної бази.

Синтезатори, виконані методом прямого синтезу.

Високостабільний кварцовий генератор ОГ формує коливання з частотою f 0 які надходять на дільники і помножувачі частоти ДЧ і УЧ.

Дільники частоти знижують частоту ОГ f 0 ціле число разів (d), а помножувачі частоти збільшують їх у ціле число разів (к). Частоти, отримані в результаті поділу та множення частоти опорного генератора (f 0), використовуються для формування опорних частот у спеціальних пристроях, які називають датчиками опорних частот ДОЧ. Загальна кількість датчиків опорних частот у синтезаторі частот СЧ залежить від діапазону формованих синтезатором частот та інтервалу між сусідніми частотами: чим ширший діапазон частот СЧ і менше інтервал, тим більша кількість ДОЧ потрібна. При декадному встановленні частоти кожен ДОЧ формує десять опорних частот з певним інтервалом між сусідніми частотами. Загальна кількість необхідних датчиків визначається кількістю цифр (розрядів) запису максимальної частоти синтезатора.

Опорні частоти, сформовані датчиками, подаються на змішувачі. Смужні фільтри, що перемикаються, включені на виході змішувачів, виділяють в даному прикладі сумарну частоту: на виході першого f 1 + f 2 , на виході другого f 1 + f 2 + f 3 , на виході третього f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .

Частота на виході збудника при декадному встановленні визначається положеннями перемикачів кожної декади.

Відносна нестабільність частоти на виході синтезатора дорівнює нестабільності ОГ. Недоліком такого типу синтезаторів є наявність з його виході великої кількості комбінаційних частот, що пояснюється широким використанням змішувачів.

Синтезатори частот, побудовані методом непрямого синтезу

У синтезаторах, виконаних за методом непрямого синтезу, джерелом вихідних коливань є діапазонний автогенератор гармонійних коливань, що автоматично підлаштовується за високостабільними частотами, що формуються в блоці опорних частот БОЧ.

Суть автоматичного підстроювання частоти АПЛ полягає в тому, що коливання автогенератора за допомогою високостабільних частот перетворюються на деяку постійну частоту f АПЛ, яка порівнюється з еталонним значенням частоти. У разі розбіжності порівнюваних частот формується керуюча напруга, яка подається на керований реактивний елемент і змінює величину його реактивності (ємності або індуктивності).

Керовані реактивні елементи включаються до контуру, що визначає частоту АГ. Частота АГ змінюється до тих пір, поки f АПЛ не наблизиться до еталонної частоти з малою залишковою розладом.

Залежно від пристрою порівняння всі системи АПЛ можна поділити на три види:

Системи з частотним автопідстроюванням частоти ЧАП, в якій як порівнюючий пристрій використовуються частотні детектори ЧД;

Системи з фазовою автопідстроюванням частоти ФАП, що використовують як порівнюючий пристрій фазові детектори ФД;

Системи з імпульсно-фазовим автопідстроюванням частоти ІФАП, в яких порівнюючим пристроєм є імпульсно-фазові детектори ІФД.

Синтезатори з фазовим автопідстроюванням частоти ФАП, на відміну від

синтезаторів з ЧАП, що не мають залишкового розладу. У системі ФАП пристроєм, що порівнює, є фазовий детектор ФД. Керуюча напруга на виході ФД пропорційно різниці фаз двох поданих на нього коливань, частоти яких в режимі, що встановилися, рівні.

На ФД подаються два коливання близьких частот: одне з яких є еталонним з частотою f 0 формується в БОЧ, друге є продуктом перетворення коливань УГ в змішувачі за допомогою сітки частот f 01 з БОЧ

f ПР = f УГ - f 01 .

Якщо f ПР і f 0 близькі за величиною, то з виходу ФД напруга, що управляє, скомпенсує розлад УГ і f ПР = f 0 , в системі встановлюється стаціонарний режим. Однак система ФАП працює у дуже вузькій смузі частот, що не перевищує одиниць кГц. Щоб забезпечити перебудову УГ у всьому діапазоні частот, в синтезаторі з ФАП застосовують систему автопошуку, яка, змінюючи частоту УГ у всьому діапазоні частот, забезпечує її потрапляння у смугу охоплення системи ФАП. Система автопошуку є автогенератором пилкоподібної напруги, який запускається за відсутності керуючої напруги на виході ФНЧ. Як тільки частоти УГ потрапляють у смугу схоплювання системи ФАП, генератор пошуку вимикається, система входить у режим автопідстроювання з динамічною рівновагою f ПР = f 0 .

Використання логічних елементів СЧ зумовило поява нових типів синтезаторів, які називаються цифровими. Вони мають значні переваги в порівнянні з аналоговими. Вони простіші, надійніші в експлуатації, мають менші габарити та масу.

Застосування логічних інтегральних схем ЦСЧ дозволило майже повністю виключити перетворення частоти УГ, замінивши перетворювачі дільником частоти зі змінним коефіцієнтом поділу ДПКД.

Структурна схема синтезатора з одним кільцем фазового автопідстроювання частоти

На схемі ДПКД - дільник із змінним коефіцієнтом розподілу - К-розрядний програмований цифровий лічильник. Призначення інших ланок схеми ясно зроблені на них написів. У блоці управління здійснюється прийом і зберігання даних програмування і формування кодового сигналу, яким встановлюється значення коефіцієнта поділу N залежно від команди, що надійшла на синтезатор. В результаті дії фазової автопідстроювання частоти встановлюється рівність частот сигналів, що надходять на вхід імпульсно-фазового дискримінатора: f 1 =f 2 що дозволяє записати наступне співвідношення для частот стабілізованого і еталонного автогенераторів з урахуванням значень коефіцієнтів поділу:

Відповідно до кроку сітки частот Df ш =f эт /М. Змінюючи кероване значення N, встановлюють необхідне значення частоти генератора, що стабілізується, який за допомогою керуючого елемента може перебудовуватися в необхідному діапазоні частот.

В даний час при розробці радіоелектронної апаратури приділяється велика увага стабільності її показників. Засоби рухомого радіозв'язку, у тому числі стільникового зв'язку не є винятком. Основною умовою досягнення стабільних характеристик вузлів радіоелектронної апаратури є стабільність частоти генератора, що задає.

У складі будь-якої радіоелектронної апаратури, у тому числі приймачів, передавачів, мікроконтролерів зазвичай є велика кількість генераторів. Спочатку доводилося застосовувати зусилля задля забезпечення стабільності частоти всіх генераторів. З розвитком цифрової техніки люди навчилися формувати коливання будь-якої частоти однієї вихідної частоти. В результаті з'явилася можливість виділити додаткові засоби для підвищення стабільності частоти одного генератора і тим самим отримати цілу низку частот з дуже високою стабільністю. Такий генератор частот отримав назву опорний генератор

Спочатку для отримання стабільних коливань генераторів LC застосовувалися особливі конструктивні методи:

Зміна індуктивності за рахунок розширення металу дроту компенсували вибором матеріалу осердя, вплив якого було зворотним по відношенню до впливу провідників індуктивності;
здійснювали спалювання металу в керамічний осердя з малим температурним коефіцієнтом розширення;
до контуру включалися конденсатори з різним температурним коефіцієнтом ємності (ТКЕ).

Таким чином вдавалося досягти стабільності частоти опорного генератора 10 -4 (на частоті 10 МГц догляд частоти становив 1 кГц)

Одночасно велися роботи із застосування зовсім інших методів отримання стабільних коливань. Було розроблено струнні, камертонні, магнітострикційні генератори. Їхня стабільність досягала дуже високих значень, але при цьому габарити, складність і ціна перешкоджали їх широкому поширенню. Революційним проривом виявилася розробка генераторів із застосуванням. Однією з найбільш поширених схем кварцових генераторів, виконана на біполярному транзисторі, наведено малюнку 1.

Рисунок 1. Схема кварцового генератора на біполярному транзисторі

У цій схемі опорного генератора баланс амплітуд забезпечується транзистором VT1 а баланс фаз контуром Z1, C1, C2. Генератор зібраний за стандартною. Відмінністю є те, що замість котушки індуктивності застосовується кварцовий резонатор Z1. Слід зазначити, що у цій схемі необов'язково забезпечення стабільної роботи схеми застосовувати . Часто виявляється цілком достатньо. Подібна схема наведена малюнку 2.

Малюнок 2. Схема кварцового генератора з колекторною стабілізацією режиму

Схеми кварцових генераторів, наведених на малюнках 1 і 2, дозволяють отримати стабільність частоти опорного коливання порядку 10 -5 На короткочасну стабільність коливань опорного генератора найбільше впливає навантаження. При присутності на виході опорного генератора сторонніх коливань можливе захоплення його коливань. В результаті кварцовий генератор вироблятиме коливання із частотою перешкод. Для того, щоб це явище не виявлялося в опорному генераторі на його виході, зазвичай ставлять підсилювач, основне призначення якого не пропустити зовнішні коливання в кварцовий генератор. Подібна схема наведена малюнку 3.

Рисунок 3. Схема кварцового генератора з розв'язкою частотоздатних ланцюгів від виходу схеми

Не менш важливим параметром, що багато в чому визначає фазові шуми генератора (для цифрових схем - джиттер сигналу синхронізації), є напруга живлення, тому опорні кварцові генератори зазвичай запитують від високостабільного малошумного джерела напруги і здійснюють фільтрацію живлення RC або LC ланцюжками.

Найбільший внесок у нестабільність частоти кварцового генератора робить температурна залежність резонансної частоти кварцового резонатора. При виготовленні резонаторів кварцових опорних генераторів зазвичай застосовуються зрізи AT, що забезпечують найкращу стабільність частоти в залежності від температури. Вона становить 1*10 -5 (10 мільйонних або 10 ppm). Приклад залежності частоти кварцових резонаторів з AT-зрізом від температури при різних кутах зрізу (крок зміни кута зрізу 10") наведено малюнку 4.

Рисунок 4. Залежність частоти кварцових резонаторів із AT-зрізом від температури

Нестабільності частоти 1*10 -5 достатньо більшості радіоелектронних пристроїв, тому кварцові генератори без спеціальних заходів підвищення стабільності частоти застосовуються дуже широко. Опорні генератори з кварцовою стабілізацією без додаткових заходів для стабілізації частоти називаються XO.

Як видно з малюнка 4, залежність частоти налаштування кварцового резонатора з AT-зрізом від температури добре відома. Більше того, цю залежність можна зняти експериментально для кожного конкретного примірника кварцового резонатора. Тому, якщо постійно вимірювати температуру кварцового кристала (або температуру всередині кварцового опорного генератора), частоту генерації опорного генератора можна змістити до номінального значення збільшуючи або зменшуючи додаткову ємність, підключену до кварцового резонатора.

Залежно від схеми управління частотою такі опорні генератори називаються TCXO (кварцові генератори з термокомпенсацією) чи MCXO (кварцові генератори з микроконтроллерным управлінням). Стабільність частоти таких кварцових опорних генераторів може досягати 0.5*10 -6 (0.5 мільйонів або 0.5 ppm)

У ряді випадків в опорних генераторах передбачена можливість підстроювання номінальної частоти генерації в невеликих межах. Підстроювання частоти здійснюється напругою, що подається на варикап, підключений до кварцового резонатора. Діапазон підстроювання частоти генератора вбирається у часткою відсотка. Такий генератор називається VCXO. Частина схеми опорного генератора (без схеми термокомпенсації) наведено малюнку 5.

Рисунок 5. Кварцовий генератор із підстроюванням частоти зовнішньою напругою (VCXO)

Нині багато фірм випускають опорні генератори зі стабільністю частоти до 0,5*10 -6 малогабаритних корпусах. Приклад креслення такого опорного генератора наведено на малюнку 6.

Рисунок 6. Зовнішній вигляд опорного кварцового генератора з температурною компенсацією

Література:

Разом із статтею "Опорні генератори" читають:

http://сайт/WLL/KvGen.php

http://сайт/WLL/synt.php

Згідно з останніми даними статистики приблизно 70% усієї виробленої електроенергії у світі споживає електропривод. І з кожним роком цей відсоток зростає.

При правильно підібраному способі керування електродвигуном можливе отримання максимального ККД, максимального моменту, що крутить, на валу електромашини, і при цьому підвищиться загальна продуктивність механізму. Електродвигуни, що ефективно працюють, споживають мінімум електроенергії і забезпечують максимальну економічність.

Для електродвигунів, що працюють від перетворювача частоти ПЧ, ефективність багато в чому залежатиме від обраного способу керування електричною машиною. Тільки зрозумівши переваги кожного способу, інженери та проектувальники систем електроприводів зможуть отримати максимальну продуктивність кожного способу управління.
Зміст:

Способи контролю

Багато людей, що працюють у сфері автоматизації, але не стикаються впритул з процесами розробки та впровадження систем електроприводів вважають, що керування електродвигуном складається з послідовності команд, що вводяться за допомогою інтерфейсу від пульта керування або ПК. Так, з точки зору загальної ієрархії управління автоматизованою системою це правильно, проте є ще способи керування самим електродвигуном. Саме ці способи і матимуть максимальний вплив на продуктивність всієї системи.

Для асинхронних електродвигунів, підключених до перетворювача частоти, існує чотири основні способи управління:

U/f - вольт на герц;
U/f з енкодером;
Векторне керування із розімкненим контуром;
Векторне керування із замкнутим контуром;

Усі чотири методи використовують широтно-імпульсну модуляцію ШІМ, яка змінює ширину фіксованого сигналу шляхом зміни тривалості імпульсів для створення аналогового сигналу.

Широтно-імпульсна модуляція застосовується до перетворювача частоти шляхом використання фіксованої напруги постійного струму шини. шляхом швидкого відкриття та закриття (правильніше сказати комутації) генерують вихідні імпульси. Варіюючи ширину цих імпульсів на виході отримують «синусоїду» потрібної частоти. Навіть якщо форма вихідної напруги транзисторів імпульсна, то струм все одно виходить у вигляді синусоїди, оскільки електродвигун має індуктивність, що впливає на форму струму. Всі методи управління ґрунтуються на ШІМ модуляції. Різниця між методами управління полягає лише в методі обчислення напруги, що подається на електродвигун.

В даному випадку несуча частота (показана червоним) є максимальною частотою комутації транзисторів. Частота, що несе для інверторів, як правило, лежить в межах 2 кГц – 15 кГц. Опорна частота (показана синім) є сигналом завдання вихідної частоти. Для інверторів застосовних у стандартних системах електроприводів, зазвичай, лежить у межах 0 Гц – 60 Гц. При накладанні сигналів двох частот один на одного видаватиметься сигнал відкривання транзистора (позначений чорним кольором), який підводить силову напругу до електродвигуна.

Спосіб управління U/F

Управління вольт-на-герц, найчастіше зване як U/F, мабуть, найпростіший спосіб регулювання. Він часто використовується в нескладних системах електроприводу через свою простоту та мінімальну кількість необхідних для роботи параметрів. Такий спосіб керування не вимагає обов'язкової установки енкодера та обов'язкових налаштувань для частотно-регульованого електроприводу (але рекомендовано). Це призводить до менших витрат на допоміжне обладнання (датчики, проводи зворотних зв'язків, реле тощо). Управління U/F досить часто застосовують у високочастотному обладнанні, наприклад його часто використовують у верстатах з ЧПУ для приводу обертання шпинделя.

Модель з постійним моментом обертання має постійний момент, що обертає, у всьому діапазоні швидкостей при однаковому співвідношенні U/F. Модель із змінним співвідношенням крутного моменту має нижчу напругу живлення на низьких швидкостях. Це необхідно для запобігання насиченню електричної машини.

U/F це єдиний спосіб регулювання швидкості асинхронного електродвигуна, який дозволяє регулювання декількох електроприводів від одного перетворювача частоти. Відповідно, всі машини запускаються і зупиняються одночасно і працюють з однією частотою.

Але цей метод управління має кілька обмежень. Наприклад, при використанні способу регулювання U/F без енкодера немає абсолютно ніякої впевненості, що вал асинхронної машини обертається. Крім того, пусковий момент електричної машини за частотою 3 Гц обмежується 150%. Так, обмеженого моменту, що крутить, більш ніж достатньо для застосування в більшості існуючого обладнання. Наприклад, практично всі вентилятори та насоси використовують спосіб регулювання U/F.

Цей метод відносно простий через його «вільнішу» специфікацію. Регулювання швидкості, зазвичай, лежить у діапазоні 2% — 3% максимальної вихідний частоти. Відгук швидкості розраховується на частоту понад 3 Гц. Швидкість реагування частотного перетворювача визначається швидкістю його реакцію зміну опорної частоти. Що швидкість реагування – то швидше буде реакція електроприводу зміну завдання швидкості.

Діапазон регулювання швидкості при використанні способу U/F становить 1:40. Помноживши це співвідношення на максимальну робочу частоту електроприводу, отримаємо значення мінімальної частоти, де зможе працювати електрична машина. Наприклад, якщо максимальне значення частоти 60 Гц, а діапазон становить 1:40, мінімальне значення частоти складе 1,5 Гц.

Паттерн U/F визначає співвідношення частоти та напруги в процесі роботи частотно-регульованого електроприводу. Згідно з ним, крива завдання швидкості обертання (частота електродвигуна) визначатиме крім значення частоти ще й значення напруги, що підводиться до клем електричної машини.

Оператори та технічні фахівці можуть вибрати необхідний шаблон регулювання U/F одним параметром у сучасному частотному перетворювачі. Попередньо встановлені шаблони вже оптимізовані під конкретні застосування. Також існують можливості створення своїх шаблонів, які оптимізуватимуться під конкретну систему частотно-регульованого електроприводу або електродвигуна.

Такі пристрої, як вентилятори або насоси, мають момент навантаження, який залежить від швидкості їх обертання. Змінний крутний момент (рисунок вище) шаблону U/F запобігає помилкам регулювання та підвищує ефективність. Ця модель регулювання зменшує струми намагнічування на низьких частотах за рахунок зниження напруги електричної машини.

Механізми з постійним моментом, що крутить, такі як конвеєри, екструдери та інше обладнання використовують спосіб регулювання з постійним моментом. При постійному навантаженні потрібен повний струм намагнічування на всіх швидкостях. Відповідно характеристика має прямий нахил у всьому діапазоні швидкостей.

Спосіб управління U/F з енкодером

Якщо необхідно підвищити точність регулювання швидкості обертання до системи управління додають енкодер. Введення зворотного зв'язку за швидкістю за допомогою енкодера дозволяє підвищити точність регулювання до 0,03%. Вихідна напруга, як і раніше, буде визначатися заданим шаблоном U/F.

Даний спосіб управління не отримав широкого застосування, так як переваги, що їм представляються в порівнянні зі стандартними функціями U/F мінімальні. Пусковий момент, швидкість відгуку та діапазон регулювання швидкості – все ідентично зі стандартним U/F. Крім того, при підвищенні робочих частот можуть виникнути проблеми з роботою енкодера, оскільки він має обмежену кількість обертів.

Векторне керування без зворотного зв'язку

Векторне управління без зворотного зв'язку використовується для більш широкого і динамічного регулювання швидкості електричної машини. При пуску від перетворювача частоти електродвигуни можуть розвивати пусковий момент 200% від номінального при частоті всього 0,3 Гц. Це значно розширює перелік механізмів, де може бути застосований асинхронний електропривод із векторним керуванням. Цей метод також дозволяє керувати моментом машини у всіх чотирьох квадрантах.

Обмеження крутного моменту здійснюється двигуном. Це необхідно для запобігання пошкодженню обладнання, машин чи продукції. Значення моментів розбивають на чотири різних квадранти, залежно від напрямку обертання електричної машини (вперед або назад) і в залежності від того, чи реалізує електродвигун . Обмеження можуть встановлюватися для кожного квадранта окремо або користувач може задати загальний крутний момент у перетворювачі частоти.

Режим асинхронної машини буде за умови, що магнітне поле ротора відстає від магнітного поля статора. Якщо магнітне поле ротора почне випереджати магнітне поле статора, тоді машина увійде в режим рекуперативного гальмування з віддачею енергії, простіше кажучи - асинхронний двигун перейде в генераторний режим.

Наприклад, машина закупорювання пляшок може використовувати обмеження моменту в квадранті 1 (напрямок вперед з позитивним моментом) для запобігання надмірному затягуванню кришки пляшки. Механізм здійснює рух уперед і використовує позитивний момент для того, щоб закрутити кришку пляшки. А ось пристрій, такий як ліфт, з противагою важчою, ніж порожня кабіна, використовуватиме квадрант 2 (зворотне обертання і позитивний момент). Якщо кабіна піднімається на верхній поверх, то момент, що крутить, буде протилежний швидкості. Це необхідне обмеження швидкості підйому і недопущення вільного падіння противаги, оскільки він важчий, ніж кабіна.

Зворотний зв'язок струму в даних перетворювачах частоти ПЧ дозволяє встановлювати обмеження по моменту і струму електродвигуна, оскільки при збільшенні струму зростає і момент. Вихідна напруга ПЧ може зміняться у бік збільшення, якщо механізм вимагає застосування більшого крутного моменту, або зменшаться, якщо досягнуто його гранично допустиме значення. Це робить принцип векторного керування асинхронною машиною більш гнучким та динамічним порівняно з принципом U/F.

Також частотні перетворювачі з векторним управлінням і розімкненим контуром мають швидший відгук за швидкістю – 10 Гц, що уможливлює його застосування в механізмах з ударними навантаженнями. Наприклад, у дробарках гірської породи навантаження постійно змінюється і залежить від обсягу та габаритів оброблюваної породи.

На відміну від шаблону управління U/F векторне управління використовує векторний алгоритм для визначення максимально ефективної напруги роботи електродвигуна.

Векторне управління ВУ вирішує це завдання завдяки наявності зворотного зв'язку по струму двигуна. Як правило, зворотний зв'язок струму формується внутрішніми трансформаторами струму самого перетворювача частоти ПЧ. Завдяки отриманому значенню струму перетворювач частоти проводить обчислення моменту, що обертає, і потоку електричної машини. Базовий вектор струму двигуна математично розщеплюється на вектор струму намагнічування (I d) і моменту, що крутить (I q).

Використовуючи дані та параметри електричної машини ПЧ обчислює вектори струму намагнічування (I d) та крутного моменту (I q). Для досягнення максимальної продуктивності перетворювач частоти повинен тримати I d і I q розведеними на кут 90 0 . Це суттєво, оскільки sin 90 0 = 1, а значення 1 являє собою максимальне значення моменту, що крутить.

У цілому нині векторне управління асинхронним електродвигуном здійснює жорсткіший контроль. Регулювання швидкості становить приблизно ±0,2% від максимальної частоти, а діапазон регулювання досягає 1:200, що дозволяє зберігати момент, що обертає, при роботі на низьких швидкостях.

Векторне керування зі зворотним зв'язком

Векторне управління зі зворотним зв'язком використовує той самий алгоритм управління, що і ВП без зворотного зв'язку. Основна відмінність полягає в наявності енкодера, що дає можливість частотно-регульованому електроприводу розвивати 200% пусковий момент при швидкості 0 об/хв. Цей пункт просто необхідний створення початкового моменту при рушанні з місця ліфтів, кранів та інших підйомних машин, ніж запобігти просадки вантажу.

Наявність датчика зворотного зв'язку швидкості дозволяє збільшити час відгуку системи більше 50 Гц, а також розширити діапазон регулювання швидкості до 1:1500. Також наявність зворотний зв'язок дозволяє керувати не швидкістю електричною машиною, а моментом. У деяких механізмах саме значення моменту має велике значення. Наприклад, мотальна машина, механізми закупорки та інші. У таких пристроях потрібно регулювати момент машини.