Периодичность проверки петля фаза ноль: Периодичность испытаний электрооборудования

Содержание

Периодичность электрофизических измерений

Периодичность измерения сопротивление изоляции

Б.27.1 В эксплуатации измерения должны проводиться не реже одного раза в 3 года , а для некоторых видов оборудования (краны, лифты и другое производственное оборудование) — ежегодно. Также после реконструкции, перед вводом в эксплуатацию. ( п. 5.13.31)

Перидичность измерения сопротивления заземляющих устройств

П.5.8.21 Измерение параметров ЗУ выполняются также после реконструкции и ремонта ЗУ, но не реже одного раза в 6 лет. Молниеотводы — ежегодно.

Периодичность измерения сопротивления цепи «Фаза-нуль»

Б.29.8 Для электроустановок испытание цепи «фаза-нуль» должно производиться при приёмке линий в эксплуатацию и после подключения новых потребителей, но не реже одного раза в 6 лет.

Периодичность измерений показателей электроустановок жилых домов

П.6.11.5 Кроме профилактических испытаний силовой и осветительной электросети жилых домов производятся измерение тока по фазам и проверка правильности выбора защитных устройств, проверка величины напряжения в различных точках сети с периодичностью, установленной лицом, ответственным за электрохозяйство, но

не реже 1 раза в год.

Периодичность измерения сопротивления молниезащиты (защиты от перенапряжения)

П.5.9.8 Ежегодно перед грозовым сезоном должна проводиться проверка состояния защиты от перенапряжений распределительных устройств и линий электропередачи.

Периодичность измерения сопротивления помещений с повышенной влажностью (Бани, прачечные и др.)

П.6.11.3 Замер сопротивления изоляции силовой и осветительной электропроводки должен производиться 1 раз в год, а в особо сырых- 1 раз в квартал.

Сроки измерений описаны в ТКП-181

Измерители параметров петли «фаза-нуль» | ХАРЬКОВ-ПРИБОР

Цифровой измеритель сопротивления петли ИФН-300

С помощью прибора ИФН-300 можно произвести измерение сопротивления петли «фаза-нуль», «фаза-фаза» и переходного сопротивления контактных соединений. Используя п…

Измеритель параметров петли «Фаза-Ноль» ИФН-200

Измеритель параметров пели «Фаза-Ноль» ИФН-200Измерение полного сопротивления цепи фаза-нуль в диапазоне 0,01-200 Ом без отключения источника питания, вычислени…

Купить устройства для измерения петли «фаза-нуль» в Украине

Интернет-магазин НПФ «Харьков-прибор» предлагает купить продукцию по минимальным ценам. Предоставляем официальную гарантию производителя и качественное сервисное обслуживание.

При необходимости вышлем заказ из Харькова посредством компании «Новая Почта».

Измерение петли фаза нуль: назначение, периодичность и технические средства

Токопроводящий контур, образованный при закорачивании фазного проводника и кабеля защитного заземления или зануления, называется петлей «фаза-нуль». Для обеспечения безопасной эксплуатации электроустановок параметры этой цепи необходимо регулярно обследовать и сопоставлять полученные данные с характеристиками средств защитного отключения.

Петля фаза ноль измерение включает:

  • определение активного, реактивного и полного сопротивлений;
  • измерение действующего напряжения в обследуемой точке;
  • расчет прогнозируемого тока, который будет протекать при аварийном коротком замыкании;
  • угол фазового сдвига между током и напряжением.

Приказом Министерства труда и социальной политики Украины от 9 января 1998 года утверждены «Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів», согласно которым измерение сопротивления петли фаза нуль проводится:

  • в рамках первичных испытаний при вводе в эксплуатацию после монтажа или полной реконструкции;
  • не реже одного раза в 2 года в качестве плановых работ;
  • после плановых ремонтов и ликвидации аварийных ситуаций.

Замер сопротивления петли фаза нуль осуществляется с помощью специальных тестеров. Научно-производственная фирма «Харьков-Прибор» подобрала качетвенные профессиональные усстройства по лучшим в Украине ценам.

Характеристики приборов для проверки параметров петли «фаза-нуль»

К основным параметрам, описывающим возможности аппаратуры для измерения сопротивления петли фаза ноль, относятся:

  • номенклатура определяемых величин — может быть только полный импеданс, а также активное, реактивное сопротивление, расчет максимального тока короткозамкнутого контура и другие;
  • рабочий диапазон измеряемых характеристик;
  • погрешность.

Опытные электрики выделяют в качестве дополнительных, но не менее полезных такие функции и свойства, как:

  • компенсация длины измерительных проводов;
  • защита от неправильного включения;
  • комплектация легко съемными контактами различных видов — щупами, «крокодилами», евровилками;
  • дисплей с регулируемыми параметрами яркости и контрастности — для выбора оптимальных значений в заданных условиях освещенности;
  • встроенная память для хранения данных и аппаратно программное обеспечение для коммутации с компьютером;
  • расширенные возможности питания — аккумуляторы, батарейки, энергосберегающие режимы, индикация уровня заряда, автоматическое выключение;
  • ударопрочный корпус, защищающий элементы конструкции от воздействия пыли и влаги — изделие часто эксплуатируется на строящихся объектах или открытых площадках.

Для официальных замеров используются поверенные приборы, внесенные в государственный реестр измерительных средств.

Профилактические испытания

Вид испытаний

 (проверок)

Измеряемые

параметры

НД

Норма

испытаний

Объем

испытаний

Методика

проверки

Протокол

Примечание

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА ЗДАНИЯ

1

 

Визуальный осмотр и проверка соответствия смонтированной электроустановки проектной документации и правилам выполнения электромонтажных работ

 

Проектная документация и осмотр электроустановки

 

ГОСТ Р 50571. 16-2007 п.611, ПУЭ, ВСН 193-90, СНиП, и т,д,

 

Согласно ГОСТ,

ГОСТ Р, ПУЭ, правилам выполнения эл. монтажных работ и т. п.

 

100%

 

Методика визуального осмотра и проверки соответствия смонтированной эл.  установки проектной документации и правилам выполнения электромонтажных работ

Протокол визуального осмотра и проверки соответствия смонтированной эл.  установки проектной документации и правилам выполнения электромонтажных работ

Отступления от проектных решений должны быть согласованы с проектной организацией

 

Проведение испытаний электроустановки

ВРУ и отходящие линии

2

 

Проверка сопротивления изоляции проводов, кабелей

 

 

Сопротивление изоляции

 

 

ГОСТ Р 50571. 16-2007, ПУЭ п.1.8.37. (п.1, табл..1.8.34)

 

Не менее  0,5 мОм

 

 

Измеряется мегаомметром 1000 В при снятых плавких вставках и отключенных нагрузках

Методика измерения сопротивления изоляции

Протокол измерения сопротивления изоляции проводов и кабелей

 

3

Испытание повышенным напряжением изоляции вторичных целей, схем защиты, управления, сигнализации и измерения ВРУ

Качество изоляции

ГОСТ Р 50571. 16-2007, ПУЭ п. 1.8.37 (п.2)

Не менее

0.5 мОм

Измеряется мегаомметром напряж.2500 В в течение 1 мин.

Методика испытания повышенным напряжением

Протокол испытания повышенным напряжением

Допускается испытание проводить напряжением 1000 В 50 Гц

4

Проверка работоспособности автоматических выключателей

Срабатывание электромагнитных и тепловых расцепителей

ГОСТ Р 50571. 16-2007, ПУЭ п.1.8.37. (п.3,4,5,7)

 

Согласно инструкции завода – изготовителя

Прогрузка первичным током в соответствии с инструкцией завода-изготовителя

Методика проверки работоспособности автоматических выключателей

Протокол работоспособ-ности автоматических выключателей

 

 

 

 

ЩЭ (ЩК) групповые электросети

5

 

Проверка сопротивления изоляции проводов, кабелей

 

 

Сопротивление изоляции

 

 

 

 

 

ГОСТ Р 50571. 16-2007,  ПУЭ п.1.8.37.

(п.1)

 

 

 

 

Не менее 0,5 МОм

 

 

 

 

Измеряется

мегаомметром 1000 В

при снятых плавких вставках и отключенных нагрузках (лампы из патронов светильников должны быть вывернуты)

Методика измерения сопротивления изоляции

 

Протокол измерения сопротивления изоляции силовых и осветительных проводок

 

При наличии разделительных трансформаторов измеряется сопротивление изоляции между обмотками и на корпус цепи питания от трансформатора в сторону нагрузки

Электрооборудование

6

Проверка срабатывания электромагнитных и тепловых расцепителей вводных и секционных выключателей, выключатели потребителей 1 категории, а также выключателей распределительных и групповых сетей в объеме 30%, из них 15% наиболее удаленных от УВР потребителей

Работоспособность АВ

ГОСТ Р 50571. 16-2007,  ПУЭ п.1.8.37. (п.3,4,5,7)

 

Согласно инструкции завода – изготовителя

Проверяется электромагнитный и тепловой расцепитель

Методика проверки работоспособности автоматических выключателей

Протокол проверки работоспособности автоматических выключателей

При несрабатывании 10% АВ производится 100% проверка срабатывания АВ

7

Измерение сопротивления петли «фаза-нуль»

петля «фаза-нуль»

ГОСТ Р 50571. 16-2007, 

ПУЭ

п. 1.7.79.

п 1.8.39 п.4

 

 

Измерение петли «фаза-нуль»

Проверяется непосредственно измерением тока короткого замыкания на розетках групповых линий наиболее удаленных квартир различных питающих линий и фаз

Методика измерения полного сопротивления петли «Фаза-нуль» и

токов КЗ

Протокол измерения полного сопротивления петли «Фаза нуль и токов короткого замыкания» и токов КЗ

Допускается для групповых присоединений

измерять у наиболее удаленных электрических приемников на розетках с заземлены

ми контактами

Зануляющие (заземляющие) устройства и защитные проводники

8

Проверка наличия цепи и качество контактных соединений зануляющих (заземляющих) устройств и защитных проводников

Электрическая цепь

ГОСТ Р 50571. 16-2007,  ПУЭ п 1.8.39 п.1,2,5

 

 

Не должно быть обрывов цепей и неудовлетворительных контактов

Выполняется осмотром и проверкой наличия цепей

Методика проверки защитных проводников и проводников уравнивания потенциалов

Протокол проверки цепи между заземлителями и заземленными элементами электрооборудования

 

Устройство (аппарат) защитного отключения (УЗО)

9

Проверка работоспособности УЗО

Проверка работоспособности УЗО при возникновении токов утечки в защищаемой линии

ПУЭ п.1.8.37 (п.3,4,5)ГОСТ Р 50571. 16-2007, 

Пределы работоспособности должны соответствовать данным ГОСТ Р

Проверяется непосредственно ток срабатывания УЗО

Методика проверки срабатывания устройств защитного отключения

Протокол проверки срабатывания устройств защитного отключения, управляемых дифференциальным током

С учетом требования проектной документации и документации завода-изготовителя

Система молниезащиты

10

Проверка Акта на скрытые работы и заземляющего устройства

Сопротивление растекания постоянному току

ПУЭ п. 1.7.101-103 СО-153 34.21.122-2003

<30 0м

Выполняется осмотром и проверкой сопротивления заземляющих устройств

Методика измерения сопротивления заземляющих устройств

Протокол измерения сопротивления растеканию заземляющих устройств

 

 

Замер сопротивления петли «фаза-ноль» в Перми

Осуществлять измерение петли фаза ноль необходимо для того, чтобы убедиться в эффективности работы механизма защиты электрооборудования. Своевременное выявление и устранение неисправностей поможет снизить вероятность аварийных ситуаций и даже полностью их исключить.

Периодический замер петли фаза ноль необходимо проводить по определенному графику, в соответствии с правилами эксплуатации электроустановок. Согласно требованиям Энергонадзора, замер сопротивления цепи фаза нуль должен проводиться 1 раз в 3 года. Во взрывоопасных зонах такие измерения рекомендуется проводить раз в два года. Внеочередной замер цепи фаза нуль осуществляется в том случае, если устройства защиты вышли из строя. В целом периодичность замеров петля фаза ноль устанавливается по системе ППР (планово-предупредительных ремонтов) и зависит от характеристик установки и условий ее эксплуатации.

Необходимо помнить о том, что главное при эксплуатации электрических установок – это предотвращение причинения вреда здоровью человека. В связи с этим внеочередное измерение фазы ноль лишним не будет, тем более, если для этого имеются веские основания.

Этапы проведения измерения фаза ноль:

1. Осуществляется выезд к объекту, проводится осмотр силового щита, автоматических выключателей.

2. Определяется объем работ и их стоимость (если это не было оговорено заранее).

3. Проверяется показатель фаза ноль земля, при необходимости производятся дополнительные исследования.

4. Составляется протокол измерений. Заказчику выдаются задокументированные результаты.

Протокол проверки фаза ноль предоставляется в пожарный надзор и другие контролирующие органы по их запросу.

Наша лаборатория осуществляет замеры фазы ноль на различных объектах промышленного, административного и хозяйственного значения. Срок выполнения работ оговаривается с заказчиком заранее и строго соблюдается.

Измерение петли фаза-ноль

В случае возникновения замыкания цепи питания, на корпусе аппарата возникает опасное напряжение. Именно петля фаза ноль должна определить, сработает ли своевременная защита от коротких замыканий. Все современные системы электропроводок в квартире являются глухозаземленными. В них петли фаза-ноль представляют собой контур, образующийся в результате соединения фазного L-проводника и нулевого рабочего N-проводника.

С какой целью необходимо проводить измерения петли?

Чтобы составить протокол петли фаза ноль, потребуется провести тщательный осмотр и измерение плотности соединения проводов с защитной аппаратурой. Главной задачей здесь становится выявление номинальных показателей силы тока, напряжения и сопротивления петли фазы ноль. Кроме того важно правильно определить сечение проводов, поскольку оно влияет на большинство характеристик.

Измерения в первую очередь начинаются с внешнего осмотра всех элементов системы. Необходимо тщательно проверить аппаратуру на наличие механических повреждений и других типов дефектов. Основными элементами для осмотра становятся:

  • защитные аппараты;
  • предохранители и выключатели;
  • силовые сборки и щиты;
  • сечения проводов в отходящих линиях;
  • однолинейные принципиальные схемы.

Визуальный осмотр можно провести самостоятельно, однако измерение стоит доверить профессиональным электрикам. Они детально разбираются в существующих методиках измерения петли фаза-ноль и применяют специальное оборудование при работе.

Преимущества нашей компании

Обращаясь к нам, клиенты могут быть уверены в качественном проведении осмотра и измерения петли фаза-ноль. Специалисты компании используют высокотехнологичные устройства, позволяющие с точностью определять все параметры и характеристики. Кроме того, мы обеспечиваем:

  • индивидуальный подход к каждому клиенту;
  • демократичные цены на услуги высокого качества;
  • консультацию перед проведением работ;
  • составление технического задания;
  • проведение оценки и прочее.

ООО «Столица Энерджи» много лет предоставляет услуги электроизмерения. Это позволило нам получить богатый опыт, который значительно сокращает время работы без потери ее качества.

Частотная характеристика контура – ​​обзор

6.2.4 Условие надежной устойчивости

Согласно рис. 6.8(a), частотная характеристика без обратной связи системы с неструктурированной диск в плоскости Найквиста с центром G 0 ( ) H ( ) и радиусом B (ω) | G 0 ( ) H ( )|.Для робастной устойчивости замкнутая система не может быть неустойчивой для любого объекта, отклик которого удовлетворяет уравнениям (6.2.4) и (6.2.5), поэтому диск неопределенности не должен охватывать точку Найквиста. Это означает, что расстояние от центра окружности до точки Найквиста |1 + G 0 ( ) H ( )| должно быть больше радиуса окружности, так что

Рисунок 6.8. Условия робастной устойчивости и усиления помех могут быть представлены геометрическими ограничениями на графике Найквиста.(a) Для робастной устойчивости диск неопределенности, радиус которого пропорционален верхней границе мультипликативной неопределенности, B , не должен окружать точку (−1,0). (b) Для того, чтобы система не усиливала возмущение более чем в раз, график Найквиста не должен проходить через окружность, проведенную вокруг точки (−1,0) с радиусом 1/ Å. .

(6.2.6)|1+G0(jω)H(jω)|>B(ω)|G0(jω)H(jω)| ,

и так

(6.2.7)|G0(jω)H(jω)||1+G0(jω)H(jω)|<1B(ω)  .

Левая часть уравнения (6.2.7) равна модулю дополнительной функции чувствительности для номинального объекта, T 0 ( ), определенной в уравнении (6.1.8). Таким образом, условие робастной устойчивости может быть записано как )|<1      для всех ω.

Если требуется, чтобы система управления была робастно устойчивой к изменениям реакции объекта, описываемым мультипликативной неопределенностью, ограниченной B (ω) = 0.5, например, система управления будет иметь запас по усилению около 3,5 дБ и запас по фазе около 30°, что может быть подтверждено простой геометрической конструкцией в плоскости Найквиста.

Максимальное значение | T 0 ( ) B (ω)| по частоте (или, строго говоря, наименьшая верхняя граница этой функции) известна как ее супремум , а условие робастной устойчивости также может быть записано как

(6.2.10)supω|T0(jω)B(ω ) | = ‖T0b‖∞ <1,

, где ‖ T 0 b обозначает ∞-норма T 0 b , весовая дополнительная функция чувствительности и эта форма условия робастной устойчивости широко используется в литературе по управлению H (Doyle et al., 1992; Морари и Зафириу, 1989 г.; Скогестад и Постлетвейт, 1996). Таким образом, мы видим, что робастная устойчивость включает ограничение на дополнительную функцию чувствительности, которое должно выполняться на каждой частоте. Символ H используется для обозначения того, что норма определена для пространства Харди передаточных функций, которые являются устойчивыми и собственными, т. е. их отклик конечен при ω → ∞. Позже мы также будем использовать норму H 2 передаточной функции, которая пропорциональна квадратному корню из интегрированного квадрата модуля отклика по всем частотам, и это определено для пространства Харди передаточных функций, которые являются устойчивыми и строго корректно, т.е. их отклик стремится к нулю при ω→∞ (см. также, например, Skogestad, Postlethwaite, 1996 или Приложение). При активном управлении функция стоимости, которую мы обычно хотим, чтобы система управления минимизировала, пропорциональна среднеквадратичному значению функции или квадрату ее нормы, а контроллер, который минимизирует такую ​​функцию стоимости, считается H 2 -оптимальным. Также возможно разработать контроллеры, которые минимизируют норму функции H или максимальное значение частотной характеристики (Zames, 1981; Doyle et al., 1992), которые называются H -оптимальными регуляторами. Мы увидим, что практические системы с обратной связью для активного управления, как правило, должны проектироваться так, чтобы минимизировать функцию затрат H 2 при сохранении множественных ограничений H , и говорят, что такие контроллеры выполняют H 2 / H управление.

Если мультипликативная неопределенность в объекте слишком велика, может оказаться невозможным добиться хорошего подавления возмущений при обеспечении надежной устойчивости.Затухание помех определяется величиной функции чувствительности S ( ) в уравнении (6.1.3). Когда величина S ( ) меньше единицы, так что возмущение ослабевает, тогда отношение между функцией чувствительности и дополнительной функцией чувствительности, уравнение (6.1.9), может быть использовано для связи их модулей с помощью неравенства треугольника получаем

(6.2.11)|S(jω)|+|T(jω)|≥1  ,

, так что

(6.2.12)|T(jω)|≥1−|S(jω)| .

Но для того, чтобы система управления была надежно стабильной, 1/ B (ω) должно быть больше, чем | T ( )| при номинальных условиях уравнение (6.2.8) и, следовательно,

(6.2.13)1B(ω)>1−|S(jω)| ,

, что дает предел наименьшего значения функции чувствительности и, следовательно, наибольшего ослабления помех, которое может быть получено при заданной неопределенности объекта, как

(6.2.14)|S(jω)|>1 −1/B(ω)  .

Если мультипликативная неопределенность больше единицы на некоторой частоте, то 1 − 1/ B (ω) должно быть больше нуля, и для робастно устойчивой системы управления | S ( )| также должно быть больше нуля.Поэтому полное подавление помех невозможно на частотах, где | В (ω)| > 1, но максимальное подавление помех, которое может быть достигнуто в этих условиях, может быть рассчитано по уравнению (6.2.14). Практическая конструкция контроллеров с обратной связью часто предполагает компромисс между надежной стабильностью и хорошим подавлением возмущений.

Запас по фазе — обзор

4.6.1 Запас по фазе и запас по усилению

На практике стабильность математической модели недостаточна, чтобы гарантировать приемлемую производительность системы или даже гарантировать стабильность физической системы, которую представляет модель .Это связано с приблизительным характером математических моделей и нашим несовершенным знанием параметров системы. Поэтому нам необходимо определить, насколько система далека от неустойчивости. Эта степень стабильности известна как относительная стабильность . Чтобы упростить наше обсуждение, мы ограничим его стабильными системами без обратной связи, где отсутствие окружения гарантирует стабильность. Для устойчивых систем с разомкнутым контуром, которые номинально являются устойчивыми с замкнутым контуром, расстояние от нестабильности можно измерить расстоянием между набором точек графика Найквиста и точкой (-1, 0).

Обычно расстояние между набором точек и одной точкой (−1, 0) определяется как минимальное расстояние по набору точек. Однако более удобно определять относительную устойчивость с точки зрения двух расстояний: расстояния по величине и расстояния по углу. Два расстояния даны в следующих определениях.

Определение 4.5:

Запас усиления.

Запас усиления — это возмущение усиления, которое делает систему предельно стабильной.

Определение 4.6:

Запас по фазе.

Запас по фазе — это отрицательное фазовое возмущение, которое делает систему предельно стабильной.

Два запаса устойчивости становятся яснее при рассмотрении блок-схемы на рис. 4.11. Если система имеет мультипликативное возмущение усиления Δ G ( z ) = Δ K , то запас усиления равен величине Δ K , что ставит систему на грань неустойчивости. Если система имеет мультипликативное возмущение усиления δ G ( Z ) = E j δ Δ θ 4 , затем уборочный угол задержки δ θ что ставит систему на грань нестабильности.Ясно, что возмущения, соответствующие запасу по усилению и запасу по фазе, являются предельными значениями, и удовлетворительное поведение потребует меньших возмущений модели.

Рисунок 4.11. Возмущение модели Δ G ( с ).

График Найквиста на рис. 4.12 показывает запас по усилению и запас по фазе для данной полярной диаграммы (положительная частота на графике Найквиста). Напомним, что каждая точка на графике представляет собой комплексное число, которое представлено вектором из начала координат.Масштабирование графика с усилением Δ K дает масштабированные векторы без вращения. Таким образом, вектор на отрицательной действительной оси — это тот, который достигает точки (-1, 0) при соответствующем масштабировании, а величина этого вектора является обратной величиной запаса усиления. С другой стороны, умножение на e j Δ θ поворачивает график по часовой стрелке, не изменяя величины векторов, и это единица, которая может быть величиной вектора точка (-1, 0), если повернута на запас по фазе.

Рисунок 4.12. График Найквиста с запасом по фазе и запасом по усилению.

Для нестабильной системы необходимо вращение против часовой стрелки или уменьшение усиления, чтобы поставить систему на грань нестабильности. Система будет иметь отрицательный запас по фазе и запас по усилению меньше единицы, что также отрицательно, если выражается в децибелах, то есть в единицах 20 log{| G ( )|}. Полярный график системы с отрицательным запасом по усилению и запасом по фазе показан на рисунке 4.13.

Рисунок 4.13. График Найквиста с отрицательным запасом по усилению (дБ) и запасом по фазе.

Запас по усилению можно получить аналитически, приравняв мнимую часть частотной характеристики к нулю и найдя действительную часть. Запас по фазе можно получить, приравняв амплитуду частотной характеристики к единице и найдя угол, а затем прибавив 180°. Однако, поскольку на практике требуются только приблизительные значения, проще использовать MATLAB для получения обоих полей.В некоторых случаях точка пересечения с вещественной осью может быть получена как значение где z = −1 при условии, что система не имеет полюса при −1 (т. е. частотная характеристика не имеет разрыва на частоте сворачивания ω с /2).

Иногда бывает удобно строить частотную характеристику с помощью графика Боде, но доступность команд построения частотной характеристики в MATLAB снижает потребность в таких графиках. Команды MATLAB для получения графиков частотных характеристик (которые работают как для систем с непрерывным, так и с дискретным временем): также можно найти запасы по усилению и фазе с помощью команды

Альтернативная форма команды:

Последняя форма показывает запас по усилению и запас по фазе на графике Боде системы.Мы также можем получить запас по фазе и запас по усилению, используя график Найквиста, щелкнув по графику и выбрав

Характеристики

Все запасы устойчивости

Понятия запаса по усилению и запаса по фазе и их оценка с использованием MATLAB иллюстрируется следующим примером.

Пример 4.10

Определить устойчивость замкнутого контура цифровой системы управления для модели печи из примера 3.4 с приводом первого порядка с дискретным временем вида

Ga (z)=0.9516z−0,9048

и период выборки 0,01. Если к приводу добавить усилитель с коэффициентом усиления K = 5, как значение коэффициента усиления повлияет на стабильность замкнутого контура?
Решение

Мы используем MATLAB для получения z -передаточной функции объекта и исполнительного механизма: системы, рис. 4.14, получается без дополнительного усиления, а затем для усиления К = 5. Мы также показываем график в окрестности точки (-1, 0) на рис. 4.15, откуда видно, что система с К = 5 дважды огибает точку по часовой стрелке.

Рисунок 4.14. График Найквиста для печи и привода ( K = 1 , черный, K = 5 , серый).

Рисунок 4.15. График Найквиста для печи и привода в окрестности точки (−1, 0) ( K = 1 , черный, K = 5 , серый).

Мы подсчитываем окружения, начиная с точки (−1, 0) и считая пересекаемые линии по мере приближения к ней.Мы дважды пересекаем серую кривую, и при каждом пересечении стрелка указывает, что линия движется справа налево от нас (т. е. два круга по часовой стрелке). Система неустойчива, и количество полюсов замкнутого контура за пределами единичного круга определяется как

Z=(−N)+P=2+0

величина примерно 0,28 и может быть увеличена примерно в 3,5 раза, прежде чем система станет нестабильной.

При величине, равной единице, фаза примерно на 38 градусов менее отрицательная, чем значение нестабильности -180°.Таким образом, мы имеем запас по усилению около 3,5 и запас по фазе около 38 градусов. Используя MATLAB, мы находим приблизительно те же значения для полей

≫ [gm,pm] = margin(gtd)

gm = 3,4817

pm = 37,5426 3, или дополнительное отставание по фазе более 37° можно допустить, не вызывая нестабильности. Однако такие возмущения могут привести к значительному ухудшению временного отклика системы.Возмущения в усилении и фазе могут фактически возникать при реализации управления, и для успешной реализации необходимы запасы. На самом деле запас по фазе системы довольно низкий, и для улучшения отклика системы может потребоваться контроллер.

Чтобы получить график Боде, показывающий запас по фазе и запас по усилению на рис. 4.16, мы используем следующую команду.

Рисунок 4.16. Запас по фазе и запас по усилению для системы управления печью показаны на графике Боде.

1.

Запас по фазе для единичного усиления, показанный на графике, соответствует первой форме команды margin , но запас по усилению указан в дБ. Значения, тем не менее, идентичны, как проверено с помощью команды MATLAB

≫ 20*log10(gm)

ans = 10,8359

2.

2.

команду, как показано на рисунке 4.17.

Рис. 4.17. Запас по фазе и запас по усилению для системы управления печью, показанные на графике Найквиста.

Пример 4.11

Определите устойчивость цифровой системы управления с обратной связью для системы управления положением с аналоговой передаточной функцией

G(s)=10s(s+1)

и с периодом дискретизации 0,01. Если система стабильна, определите запас по усилению и запас по фазе.
Решение

Сначала мы получаем передаточную функцию для аналогового объекта с АЦП и ЦАП.Передаточная функция задается как

ГЗАС (z)=4,983×10−4z+0,9967(z−1)(z−0,99)

Обратите внимание, что передаточная функция имеет полюс в единице, потому что аналоговая передаточная функция имеет полюс в происхождения или типа I. Хотя такие системы требуют использования модифицированного контура Найквиста, это не оказывает существенного влияния на шаги, необходимые для тестирования стабильности с использованием критерия Найквиста. График Найквиста, полученный с помощью команды MATLAB nyquist , показан на рис. 4.18.

Рис. 4.18. График Найквиста для системы управления положением из примера 4.11.

На графике отсутствует большая полуокружность, соответствующая малой полуокружности на измененном контуре на рис. 4.9. Однако это не мешает нам исследовать устойчивость. Очевидно, что контур не огибает точку (−1, 0), поскольку точка находится слева от наблюдателя, движущегося по полярному графику (нижняя половина). Кроме того, мы можем достичь точки (−1, 0), не пересекая ни одну из линий графика Найквиста.Система устойчива, поскольку количество полюсов замкнутого контура за пределами единичного круга определяется как

Z=(−N)+P=0+0=0

Запас по усилению составляет 17,1°, а запас по фазе составляет 26 дБ. . Запас по усилению и запас по фазе также можно получить с помощью команды запаса, как показано на рис. 4.19.

Рисунок 4.19. Диаграмма Боде с запасом по фазе и запасом по усилению для системы управления положением из примера 4.11.

Объяснение теории PID — NI

Основная идея ПИД-регулятора состоит в том, чтобы считывать данные с датчика, затем вычислять требуемый выходной сигнал исполнительного механизма путем вычисления пропорциональных, интегральных и дифференциальных характеристик и суммирования этих трех компонентов для вычисления выходного сигнала.Прежде чем мы начнем определять параметры ПИД-регулятора, мы увидим, что такое система с замкнутым контуром и некоторые связанные с ней термины.

Система с замкнутым контуром
В типичной системе управления переменная процесса представляет собой системный параметр, которым необходимо управлять, например, температура (ºC), давление (psi) или скорость потока (литры/мин). Датчик используется для измерения переменной процесса и обеспечения обратной связи с системой управления. Уставка — это желаемое или заданное значение переменной процесса, например 100 градусов Цельсия в случае системы контроля температуры.В любой данный момент разница между переменной процесса и заданным значением используется алгоритмом системы управления (компенсатор) для определения требуемой выходной мощности исполнительного механизма для приведения в действие системы (установки). Например, если измеренная переменная процесса температуры составляет 100 ºC, а желаемая уставка температуры составляет 120 ºC, то выход исполнительного механизма , заданный алгоритмом управления, может управлять нагревателем. Приведение в действие исполнительного механизма для включения нагревателя приводит к тому, что система нагревается, что приводит к увеличению технологической переменной температуры.Это называется системой управления с замкнутым контуром, потому что процесс считывания показаний датчиков для обеспечения постоянной обратной связи и расчета желаемого выходного сигнала исполнительного механизма повторяется непрерывно и с фиксированной скоростью цикла, как показано на рис. 1.

Во многих случаях выходной сигнал исполнительного механизма не единственный сигнал, влияющий на систему. Например, в температурной камере может быть источник холодного воздуха, который иногда дует в камеру и нарушает температуру. Такой термин называется возмущением .Обычно мы пытаемся спроектировать систему управления так, чтобы свести к минимуму влияние возмущений на переменную процесса.


Рис. 1: Блок-схема типичной замкнутой системы.


Определение терминов
Процесс разработки системы управления начинается с определения требований к производительности. Производительность системы управления часто измеряется путем применения ступенчатой ​​функции в качестве командной переменной уставки, а затем измерения отклика переменной процесса. Обычно ответ определяется количественно путем измерения определенных характеристик сигнала.Время нарастания — это количество времени, которое требуется системе для перехода от 10% к 90% установившегося или конечного значения. Процент превышения — это величина превышения переменной процесса конечного значения, выраженная в процентах от конечного значения. Время установления — это время, необходимое для того, чтобы переменная процесса установилась в пределах определенного процента (обычно 5 %) от конечного значения. Установившаяся ошибка — это окончательная разница между переменной процесса и заданным значением. Обратите внимание, что точное определение этих величин будет различаться в промышленности и научных кругах.


Рис. 2: Реакция типичной замкнутой системы ПИД-регулятора.


После использования одной или всех этих величин для определения требований к производительности системы управления полезно определить наихудшие условия, при которых ожидается, что система управления будет соответствовать этим проектным требованиям. Часто в системе возникает возмущение, которое влияет на переменную процесса или измерение переменной процесса. Важно разработать систему управления, которая удовлетворительно работает в наихудших условиях.Мера того, насколько хорошо система управления способна преодолевать последствия возмущений, называется подавлением возмущений системы управления.

В некоторых случаях реакция системы на заданный управляющий выход может меняться со временем или в зависимости от какой-либо переменной. Нелинейная система представляет собой систему, в которой параметры управления, дающие желаемую реакцию в одной рабочей точке, могут не дать удовлетворительной реакции в другой рабочей точке.Например, камера, частично заполненная жидкостью, будет демонстрировать гораздо более быструю реакцию на мощность нагревателя, когда она почти пуста, чем когда она почти заполнена жидкостью. Мера того, насколько хорошо система управления будет выдерживать помехи и нелинейности, называется устойчивостью системы управления.

Некоторые системы демонстрируют нежелательное поведение, называемое простоем . Мертвое время — это задержка между изменением переменной процесса и моментом, когда это изменение можно наблюдать.Например, если датчик температуры расположен далеко от впускного клапана для холодной воды, он не будет измерять изменение температуры немедленно, если клапан открыт или закрыт. Время простоя также может быть вызвано системой или выходным приводом, который медленно реагирует на управляющую команду, например, клапан, который медленно открывается или закрывается. Распространенным источником простоя на химических заводах является задержка, вызванная потоком жидкости по трубам.

Цикл цикла также является важным параметром замкнутой системы.Интервал времени между вызовами алгоритма управления является временем цикла цикла. Системы, которые быстро изменяются или имеют сложное поведение, требуют более высоких скоростей контура управления.


Рис. 3: Реакция замкнутой системы с мертвым временем.


После определения требований к производительности настало время изучить систему и выбрать подходящую схему управления. В подавляющем большинстве приложений ПИД-регулятор обеспечивает требуемые результаты

.

Анализ устойчивости контуров обратной связи импульсного источника питания

Рис. 1. Простая петля обратной связи

Первое, на что следует обратить внимание, — это основные характеристики контура обратной связи, как показано на рисунке 1.Он состоит из блока обработки мощности, называемого модулятором или объектом, и блока обнаружения ошибок, называемого усилителем ошибки или компенсатором. Выходная переменная, такая как напряжение, воспринимается и сравнивается с эталоном. Разница между ними инвертируется, затем усиливается и используется для управления модулятором. Это хорошо работает при постоянном токе, но более высокие частоты реактивных компонентов и временные задержки вызовут фазовые сдвиги в контуре обратной связи. Как только фазовый сдвиг достигает 360 градусов и если коэффициент усиления равен 1 или больше, будут возникать колебания, потому что обратная связь теперь стала положительной.

Чтобы избежать нестабильности, необходимо измерять разомкнутый контур или усиление контура. Это усиление по контуру обратной связи. На рис. 2 усиление контура фактически равно –GH, где G — передаточная функция объекта или силового каскада, а H — передаточная функция усилителя ошибки или компенсатора. Отрицательный знак — это инверсия выходного сигнала контура, обычно вызываемая инвертирующим усилителем ошибки. Любой анализатор частотных характеристик измерит эту инверсию или дополнительные 180 градусов фазового сдвига при измерении коэффициента усиления контура.Вот почему запас по усилению и фазе измеряется относительно 0 или 360 градусов на графиках Venable по фазе усиления. Для получения дополнительной информации см. сообщение в блоге об определении запасов по усилению и фазе на графиках Венейбл-Боде.

Рис. 2 Коэффициент усиления контура

Измерение передаточной функции общего усиления контура или графика Боде измеряется путем подачи сигнала в контур и построения графика амплитуды в децибелах и фазы в градусах выходного сигнала контура, деленного на входной сигнал в зависимости от частоты.Запас по усилению и запас по фазе для разомкнутого контура определяется по этому графику, как показано на рис. 3. Запас по усилению в дБ – это величина усиления разомкнутого контура при фазовом сдвиге на 360 градусов или 0 градусов, который делает замкнутую систему нестабильной. Это разница в усилении между 0 дБ и измеренным усилением, когда фаза пересекает 360 или 0 градусов. Запас по фазе — это величина дополнительного фазового сдвига усиления разомкнутого контура в кроссовере единичного усиления, необходимого для того, чтобы сделать замкнутую систему нестабильной. Это разница в фазе между сдвигом фазы на 360 или 0 градусов и измеренной фазой в кроссовере с единичным усилением.

.

Рис. 3. График коэффициента усиления контура Венейбла, коэффициент усиления и запас по фазе

 

Для компенсации контура обратной связи необходимо измерить модулятор или передаточную функцию от управления к выходу. Модулятор состоит из широтно-импульсного модулятора, ключей, состоящих из транзистора и диода или другого транзистора, и LC-фильтра, состоящего из катушки индуктивности и конденсатора. Функция преобразования управления в выход измеряется с использованием той же точки инжекции, что и измерение контура обратной связи, за исключением того, что один измерительный канал, V3, подключен к выходу усилителя ошибки, а другой канал, V2, подключен к выходу источника питания как показано на рисунке 4.

Рис. 4 Точка ввода измерения усиления контура

Можно измерить передаточную функцию между управлением и выходом при разомкнутом контуре и источнике питания, смещенном до рабочей точки, с помощью функции смещения постоянного тока генератора анализатора частотной характеристики, если коэффициент усиления разомкнутого контура не слишком высок. В большинстве случаев это невозможно, и гораздо проще выполнить это измерение с замкнутой петлей.

Подводя итог, необходимо измерить контур обратной связи импульсных источников питания, чтобы обеспечить стабильность контура при любых условиях сети и нагрузки.При проектировании контура обратной связи в первую очередь необходимо измерить передаточную функцию управления выходом контура обратной связи, также называемую объектом или модулятором. Затем можно настроить компенсацию усилителя ошибки, чтобы установить ширину полосы частот или частоту кроссовера, а также запас по фазе для контура обратной связи. В следующем посте, «Анализ стабильности контуров обратной связи, часть 2», будут рассмотрены три основные топологии импульсных источников питания и их передаточные функции.

Читать похожий контент: 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ АНАЛИЗА УСТОЙЧИВОСТИ VENABLE

АНАЛИЗА СТАБИЛЬНОСТИ FRA, ВЕРСИЯ 6 

ЛУЧШЕЕ СОДЕРЖАНИЕ — АНАЛИЗ СТАБИЛЬНОСТИ КОНТУРА

 

Физиология, сердечная реполяризация, дисперсия и резерв — StatPearls

Введение

Сердце выполняет жизненно важную функцию перекачивания насыщенной кислородом крови по телу, для чего оно должно сокращаться и расслабляться скоординированным образом.Этому процессу сокращения предшествует электрическое возбуждение, которое в нормальных условиях инициируется СА-узлом в виде потенциала действия.[1] Потенциал действия – это быстрая последовательность изменений мембранного потенциала, приводящая к возникновению электрического импульса. Затем этот электрический импульс проходит вниз по системе электропроводности сердца, вызывая сокращение миокарда, за которым следует упорядоченное расслабление.[2] Следует учитывать две основные классификации клеток сердца: кардиомиоциты и пейсмекерные клетки.Каждый из этих отдельных типов клеток имеет четкую структуру потенциалов действия, разделенных на несколько отдельных фаз.[3] Общей характеристикой, общей для обоих типов клеток, является третья фаза, обозначаемая как реполяризация. Реполяризация определяет сброс электрохимических градиентов клетки для подготовки к новому потенциалу действия. Потенциал действия (ПД) работающего миокарда длится несколько сотен миллисекунд, при этом замедленная реполяризация обеспечивает рефрактерное состояние к новым возбуждениям на протяжении всей фазы сокращения.Замедленная реполяризация в миокарде человека зависит в основном от огромного разнообразия сердечных калиевых каналов, а также от особой избыточности в сердце, известной как «резерв реполяризации», при которой один ток берет верх, если другой выходит из строя. Время, необходимое для реполяризации, может варьироваться между кардиомиоцитами. Эта неоднородность, называемая дисперсией, может быть признаком патологии, особенно когда сердце не может обеспечить перфузию тела из-за нарушений сердечного выброса.[4]

Клеточный

Сердце взрослого млекопитающего состоит из многих типов клеток. К ним относятся кардиомиоциты, фибробласты, эндотелиальные клетки и периваскулярные клетки. Из них кардиомиоциты занимают значительный объем сердца.[5] Функционально эти кардиомиоциты, в свою очередь, могут быть дифференцированы в обычные клетки кардиомиоцитов и клетки кардиостимулятора. Кроме того, для понимания трансмуральной дисперсии реполяризации кардиомиоциты классифицируются как эпикардиальные клетки (находящиеся вблизи поверхности), М-клетки и эндокардиальные клетки (рядом с полостью желудочка).

Пейсмекерные клетки представляют собой высокоспециализированные клетки миокарда с присущей им способностью ритмично деполяризоваться и инициировать потенциал действия.[6] Пейсмекерные клетки расположены в основном в СА и атриовентрикулярных (АВ) узлах, а некоторые клетки также в пучках волокон Гиса и Пуркинье. Клетки-кардиостимуляторы обладают характеристикой, известной как автоматизм, и сами инициируют потенциалы действия.[7] Этот потенциал действия проводится по проводящей системе сердца в виде электрического импульса, а также между одним кардиомиоцитом и другим через щелевые контакты.Эта проводимость помогает сердцу сокращаться синхронно

Проводящая система : Узел SA расположен выше в правом предсердии рядом с отверстием верхней полой вены. От СА-узла ток деполяризации распространяется через правое предсердие через щелевые контакты, а также проходит в левое предсердие через пучок Бахмана. От СА-узла импульс проходит к АВ-узлу по межузловым волокнам. Расположение АВ-узла также находится в правом предсердии, но ниже межпредсердной перегородки.Предсердия и желудочки электрически изолированы, и электрические импульсы могут проходить от предсердий к желудочкам только через АВ-узел. Проведение АВ-узла характеризуется задержкой проведения, что обеспечивает сокращение желудочков после того, как предсердия опорожняют кровь в желудочки. От АВ-узла волна деполяризации проходит через пучок Гиса, расположенный в межжелудочковой перегородке. Отсюда, проходя через две ножки пучка Гиса и волокна Пуркинье, потенциал действия достигает желудочковых кардиомиоцитов.[2][6]

Задействованные системы органов

В отличие от сердечной системы, потенциалы действия нервной системы распространяются через аналогичные механизмы и могут вызывать сокращения скелетных мышц. Однако потенциалы действия сердца, в частности, потенциалы пейсмекерных клеток, обладают автоматизмом.

Функция

Сердечные потенциалы действия и связанные с ними реполяризации жизненно важны для стимуляции и поддержания регулярных сокращений сердца, что необходимо для поддержания перфузии жизненно важных органов тела.

Механизм

Кардиальные клетки могут распространять потенциалы действия только из-за градиента электрохимического потенциала через клеточные мембраны. Ионы, в основном натрия (Na+), калия (K+) и кальция (Ca2+), присутствуют в различных концентрациях внутри клеток по сравнению с их окружающей средой. Концентрации натрия и кальция более внеклеточны, в то время как калий присутствует в более высокой концентрации внутри клетки.[8] На клеточных мембранах имеются чувствительные к напряжению ионные каналы, облегчающие движение этих ионов.Склонность ионов двигаться вниз по своему химическому градиенту и тенденция к балансированию зарядов через мембраны вносят свой вклад в суммарный электрохимический потенциал, который меняется в зависимости от состояния ионных каналов. Термин, используемый для этих изменений в статусе, является фазой. Циклы этих фаз инициируются, когда клеточные мембраны достигают порогового потенциала. Этот пороговый потенциал различен для кардиомиоцитов и пейсмекерных клеток. Клетки могут достигать порогового потенциала за счет раздражения либо соседними клетками, либо, если они являются пейсмекерными клетками, обладают автоматизмом.

Ячейки кардиостимулятора

Характерно, что потенциал действия кардиостимулятора имеет только три фазы, обозначенные как нулевая, третья и четвертая фазы.

  • Нулевая фаза – фаза деполяризации. Эта фаза начинается, когда мембранный потенциал достигает -40 мВ, порогового потенциала для клеток водителя ритма. При достижении порога происходит открытие потенциалзависимых каналов Са2+, что вызывает приток ионов Са2+. Этот приток катионов приводит к повышению мембранного потенциала от -40 мВ до +10 мВ.Поскольку кальциевые каналы являются медленными каналами (по сравнению с натриевыми каналами), подъем не такой крутой, как у кардиомиоцитов.

  • Первая и вторая фазы отсутствуют в клетках кардиостимулятора. В результате за нулевой фазой следует третья фаза.

  • Третья фаза — реполяризация, включающая закрытие каналов Ca2+, блокируя поток ионов Ca2+. Потенциал-зависимые К+-каналы открываются, обеспечивая отток ионов К+. Этот отток катионов способствует быстрому снижению мембранного потенциала с +10 мВ до -60 мВ.

  • Четвертая фаза, фаза постепенной деполяризации, уникальна для клеток кардиостимулятора. Эта постепенная деполяризация в основном происходит за счет тока деполяризации или тока кардиостимулятора (If). Ток кардиостимулятора возникает из-за медленного притока ионов Na+ через активируемый гиперполяризацией канал, управляемый циклическими нуклеотидами (канал HCN).[9] Этот ток кардиостимулятора вызывает изменение мембранного потенциала от -60 мВ до достижения порогового потенциала -40 мВ. Наклон четвертой фазы определяет частоту сердечных сокращений и различен для клеток-водителей ритма в разных регионах.Клетки водителя ритма SA-узла деполяризуются со скоростью от 60 до 100 в минуту, а AV-узел — от 40 до 60 в минуту. Кардиостимулятор с самой высокой скоростью деполяризации становится основным кардиостимулятором. У здоровых людей это узел SA.

Кардиомиоцит

Потенциал действия миокардиоцитов отличается от потенциала действия кардиостимуляторов и имеет пять фаз, от нуля до четырех. Фаза 0 — фаза деполяризации; Фаза с 1 по 3 – это фазы, во время которых происходит реполяризация; Фаза 4 — фаза покоя без спонтанной деполяризации.

  • Во время нулевой фазы, фазы быстрой деполяризации, потенциалзависимые каналы Na+ открываются, что приводит к быстрому притоку ионов Na+. Из-за притока катиона мембранный потенциал изменяется от -70 мВ до +50 мВ. Потенциалзависимые натриевые каналы являются более быстрыми каналами, чем кальциевые, и, следовательно, мы получаем резкий подъем потенциала действия.

  • В первой фазе происходит инактивация ранее открытых потенциалзависимых Na+-каналов наряду с активацией транзиторного внешнего калиевого тока (Ito).Небольшое падение электрохимического потенциала мембраны приводит к инициированию второй фазы.

  • Во время второй фазы или фазы Плато приток Са2+ происходит через открытие потенциалзависимых Са2+-каналов L-типа. Этот приток кальция уравновешивает отток K+, создавая плато при электрохимическом потенциале около +50 мВ. Это плато является компонентом эффективного рефрактерного периода, во время которого приток Са2+ также стимулирует высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума, инициируя мышечное сокращение.В течение этого периода (период абсолютной рефрактерности) не может происходить инициация новых потенциалов действия

  • В третьей фазе следует реполяризация, включающая отток K+ через открытие K+-каналов быстрого замедленного выпрямления и закрытие потенциалзависимых Ca2+-каналов.[10] [1]

Дисперсия реполяризации

  • В сердце волна тока деполяризации зарождается в СА-узле в норме и достигает миокарда желудочков по проводящей системе.Анатомически деполяризация желудочков распространяется от верхушки к основанию и от эндокарда к эпикарду. Волна реполяризации движется в обратном направлении от эпикарда к эндокарду. Таким образом, продолжительность потенциала действия неодинакова по всей толщине стенки желудочка: кардиомиоциты вблизи эпикарда деполяризуются последними, а реполяризуются первыми. Время, затрачиваемое М-клетками на реполяризацию, самое продолжительное, тогда как время эндокардиальных клеток занимает промежуточное положение между эпикардиальными и М-клетками.Это различие связано с внутренней разницей в активности различных ионных каналов между тремя типами клеток. Отсюда и трансмуральная дисперсия в процессе реполяризации. Таким образом, дисперсия реполяризации определяется как разница во времени реполяризации (время активации плюс продолжительность потенциала действия) [11].
  • Трансмуральная дисперсия реполяризации имеет клиническое значение, поскольку может привести к аритмии за счет образования контуров повторного входа. Эти схемы повторного входа являются важным фактором в поддержании Torsades de pointes.

Резерв реполяризации

Роден ввел понятие резерва реполяризации для решения проблемы прогнозирования развития пируэтной тахикардии при использовании препаратов, продлевающих реполяризацию у разных людей. Резерв реполяризации означает, что в нормальных физиологических условиях существует значительный резерв внешнего тока реполяризации. Таким образом, реполяризация не контролируется действием одного ионного канала, и между открытием и закрытием различных ионных каналов существует значительное перекрытие и избыточность.Таким образом, лекарство, которое блокирует один канал, например, IKs, не вызовет нарушения деполяризации или выраженного удлинения интервала QT, если только не будет одновременно блокироваться другой канал; это показывает, что когда один канал выходит из строя, другие каналы вступают во владение.

Некоторые из важнейших токов, влияющих на резерв реполяризации: продолжительность.Однако он не прекращается полностью, и во время фазы плато существует небольшой внутренний ток. Этот входящий ток увеличивается при определенных состояниях, таких как сердечная недостаточность и синдром удлиненного интервала QT 3 типа (LQTS 3). Из-за этого больше калия должно перемещаться за пределы клетки, чтобы сбалансировать это и вызвать реполяризацию, тем самым уменьшая резерв тока внешней реполяризации. INa по своей природе более заметен в М-клетках, чем в эпикардиальных и эндокардиальных клетках.Затем примерно в конце фазы 2 он быстро открывается, когда мембранный потенциал становится более отрицательным, а затем медленно инактивируется. Этот ток является первичным реполяризующим током, который вносит вклад в фазу 3 потенциала действия. Препарат, который блокирует только этот канал, при введении в более высокой концентрации может сам по себе вызывать удлинение интервала QT (антиаритмический класс 3). Это показывает, что это основной ток, ответственный за поддержание резерва реполяризации. Активность этого канала нарушается при многих состояниях, например, при синдроме удлиненного интервала QT 2 типа.Уровень калия в сыворотке также влияет на этот ток. Когда уровень калия в сыворотке снижается, больше этих каналов интернализуется и, следовательно, уменьшается сила тока. Таким образом, гипокалиемия вызывает удлинение интервала QT, тогда как при гиперкалиемии интервал QT укорачивается. Кроме того, из-за специфической кинетики этого канала, когда какая-либо причина продлевает продолжительность потенциала действия, активность IKr снижается, тем самым образуя положительную петлю и, следовательно, вызывая большее удлинение интервала QT – Этот канал медленно активируется во время фазы 2 и быстро деактивируется.В нормальных физиологических условиях ИК не вносят значительного вклада в фазу 3 реполяризации. Однако при таких состояниях, как повышенная симпатическая стимуляция или блокировка IKr, ток, проходящий через этот канал, увеличивается. Таким образом, ИК обеспечивают резерв реполяризации или физиологическую проверку, чтобы предотвратить избыточное удлинение продолжительности потенциала действия и удлинение интервала QT. Этот ток дефектен при синдроме удлиненного интервала QT 1 типа. Этот ток более активен в эпикардиальных и эндокардиальных клетках и изначально слаб в М-клетках.Таким образом, любые физиологические или патологические состояния, которые увеличивают или уменьшают этот ток, будут по-разному влиять на клетки в этих областях и увеличивать трансмуральную дисперсию реполяризации.

  • Калиевый ток внутреннего выпрямителя (IK1) — Этот канал открыт во время диастолы. Его основная функция в качестве резерва реполяризации заключается в предотвращении спонтанной задержки после деполяризации во время фазы 4 потенциала действия.

  • Другие каналы, такие как натрий-калий-АТФаза, кальциевый канал L-типа, также влияют на резерв реполяризации.Таким образом, степень удлинения интервала QT, когда мы блокируем определенный калиевый канал сердечным или несердечным препаратом, зависит от того, какой канал мы блокируем, и от функционирования других каналов, влияющих на резерв реполяризации.

    Сопутствующее тестирование

    Электрокардиограммы являются наиболее доступным методом анализа общей электрической активности сердца. Зубец P соответствует деполяризации предсердий, а комплекс QRS соответствует деполяризации желудочков (фаза 0).Комплекс QRS маскирует реполяризацию предсердий, но зубец Т позволяет визуализировать реполяризацию желудочков. Пик зубца Т соответствует реполяризации самого короткого эпикардиального потенциала действия, в то время как конец зубца Т соответствует реполяризации М-клетки с наиболее продолжительным потенциалом действия [11].

    Интервал QT — это время от начала зубца QRS до конца зубца T. Он представляет собой один цикл электрической активности желудочков от начала деполяризации желудочков до конца реполяризации желудочков.Изменения этого интервала могут свидетельствовать о таких патологиях, как синдромы удлиненного и укороченного интервала QT. Дальнейшие методы тестирования включают электрофизиологические тесты, в которых обученный персонал вводит электроды в тело пациента через катетер, манипулирует электродами с помощью магнитов и измеряет электрическую активность сердца. Другие методы тестирования, которые следует рассмотреть, включают мониторы Холтера, мониторы событий и имплантируемые петлевые регистраторы. Все это разные способы мониторинга сердечного ритма в течение длительного времени в амбулаторных условиях.

    Патофизиология

    Нарушения реполяризации могут возникать по разным причинам. Одной из наиболее частых аномалий является синдром удлиненного интервала QT. Синдром удлиненного интервала QT часто обусловлен врожденными дефектами ионных каналов сердца, что влияет на продолжительность его открытия и закрытия.

    Синдром удлиненного интервала QT 1 типа: здесь имеется дефект медленного выпрямляющего калиевого тока (IKs). На ЭКГ это проявляется удлинением интервала QT с широким зубцом Т. Как обсуждалось ранее, поскольку существует неотъемлемая разница в активности IKs между разными клетками, этот синдром также увеличивает трансмуральную дисперсию реполяризации.Бета-адренергическая стимуляция, которая увеличит IKs и, следовательно, более значительное снижение продолжительности потенциала действия эпикардиальных и эндокардиальных клеток, чем М-клетки, имитирует LQTS 1. [11]

    Синдром удлиненного интервала QT 2 типа: здесь имеется дефект в калиевом канале быстрого выпрямления с задержкой, что вызывает значительное замедление реполяризации во всех трех типах клеток. На ЭКГ отмечается удлинение интервала QT и зубцы Т низкой амплитуды с раздвоенным видом. Антиаритмический препарат класса 3, такой как соталол, который блокирует IKr, имитирующий LQTS2.Существует более значительное увеличение продолжительности потенциала действия М-клеток, чем у эпикардиальных и эндокардиальных клеток. Таким образом, здесь также наблюдается повышенная трансмуральная дисперсия реполяризации.[11]

    Синдром удлиненного интервала QT 3 тип – здесь наблюдается увеличение тока, проходящего через поздний натриевый ток (INa). На ЭКГ выявляется удлинение интервала QT и расширение зубца Т. Здесь также, поскольку этот ток более активен в М-клетках, чем в эпикардиальных и эндокардиальных клетках, он может увеличить трансмуральную дисперсию реполяризации.Таким образом, проаритмические эффекты синдромов удлиненного интервала QT обусловлены снижением резерва реполяризации и увеличением трансмуральной дисперсии реполяризации [11].

    Внешние факторы являются наиболее распространенными эффекторами нарушений реполяризации. Многие лекарства могут вызывать удлинение интервала QT, в том числе антиаритмические, такие как амиодарон, специфические антибиотики, такие как фторхинолоны, и нейролептики.[13] Многие из этих препаратов блокируют ток IKr.[14] Различия в рефрактерных периодах между сердечными клетками затем приводят к аритмиям и возможной гибели сердца.

    Клиническое значение

    Сердечные аритмии возникают из-за функциональных и структурных дефектов на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях.[15] Эти дефекты вызывают нестабильность мембранного потенциала, что, в свою очередь, вызывает аномальные возбуждения (например, экстрасистолы) и проведение импульса. Отсроченные после деполяризации (DAD) — это аномальные возбуждения, возникающие во время фазы 4 потенциала покоя или фазы плато, в то время как те, которые возникают во время ранней части фазы 3 реполяризации, называются ранними после деполяризации (EAD).

    Ранняя после деполяризации (EAD) происходит из-за критического увеличения продолжительности потенциала действия (APD). Этот продолжительный APD может вызвать повторное открытие инактивированного канала Na / Ca, обеспечивая дополнительный ток для деполяризации. Таким образом, EAD может вызвать аритмии torsades de pointes (TdP), которые представляют собой полиморфную желудочковую тахикардию и, в свою очередь, могут перерасти в фибрилляцию желудочков [1].

    Отсроченная После деполяризации из-за аномального обращения с кальцием. При этом повышенный внутриклеточный кальций, как и после инфаркта миокарда, увеличивает активность обменника Na/Ca.Чистым эффектом этого канала является один внутренний деполяризующий ток, который может инициировать экстрасистолу при достижении порогового потенциала.

    Хотя ранее отмечалось, что даже при том, что инициация torsades de pointes (TdP) происходит вскоре после деполяризации, последующая TdP возникает из-за явления повторного входа. Обычно импульс распространяется во всех направлениях, а ткани за фронтом деполяризации рефрактерны. Однако, когда ПД должен обойти препятствие, будь то анатомическое (например, рубцовая ткань) или функциональное (кардиомиоцит в период его абсолютной рефрактерности), он может вызвать повторное проникновение и повторное возбуждение исходной ткани.Таким образом, неоднородность тканей по рефрактерности является мощным усилителем рецидивирующей аритмии. Следовательно, большая трансмуральная дисперсия реполяризации, которая увеличивает эту неоднородность, увеличивает риск повторной аритмии.

    Таким образом, оценка реполяризации посредством анализа электрической активности является полезным клиническим инструментом для оценки сердечной функции, поскольку изменения реполяризации могут способствовать развитию потенциально летальных сердечных ритмов.[16]

    Каталожные номера

    1.
    Skibsbye L, Ravens U. Механизм проаритмических эффектов блокаторов калиевых каналов. Карта Электрофизиол клин. 2016 июнь;8(2):395-410. [PubMed: 27261830]
    2.
    Kashou AH, Basit H, Chhabra L. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 9 октября 2021 г. Физиология, синоатриальный узел. [PubMed: 208]
    3.
    Vetulli HM, Elizari MV, Naccarelli GV, Gonzalez MD. Сердечный автоматизм: основные понятия и клинические наблюдения.J Interv Card Электрофизиол. 2018 авг; 52 (3): 263-270. [PubMed: 30112616]
    4.
    Priori SG, Napolitano C, Diehl L, Schwartz PJ. Дисперсия интервала QT. Маркер терапевтической эффективности при идиопатическом синдроме удлиненного интервала QT. Тираж. 1994 г., апрель 89(4):1681-9. [PubMed: 7

    1]
    5.
    Чжоу П., Пу В.Т. Пересчет сердечного клеточного состава. Цирк рез. 2016 05 февраля; 118 (3): 368-70. [Статья PMC бесплатно: PMC4755297] [PubMed: 26846633]
    6.
    Burkhard S, van Eif V, Garric L, Christoffels VM, Bakkers J.Об эволюции кардиостимулятора. J Cardiovasc Dev Dis. 27 апреля 2017 г .; 4 (2) [Бесплатная статья PMC: PMC5715705] [PubMed: 29367536]
    7.
    Амбеш П., Капур А. Биологические кардиостимуляторы: концепции и методы. Natl Med J Индия. 2017 ноябрь-декабрь; 30(6):324-326. [PubMed: 30117443]
    8.
    Нербонн Дж.М., Касс Р.С. Молекулярная физиология реполяризации сердца. Physiol Rev. 2005 Oct; 85 (4): 1205-53. [PubMed: 16183911]
    9.
    Барускотти М., Барбути А., Букки А.Ток кардиостимулятора. Дж Мол Селл Кардиол. 2010 Январь; 48 (1): 55-64. [PubMed: 19591835]
    10.
    Аманфу Р.К., Сосерман Дж.Дж. Модели сердца при открытии и разработке лекарств: обзор. Crit Rev Biomed Eng. 2011;39(5):379-95. [Статья бесплатно PMC: PMC3356786] [PubMed: 22196160]
    11.
    Shimizu W, Antzelevitch C. Клеточная основа удлиненного интервала QT, трансмуральная дисперсия реполяризации и torsade de pointes при синдроме удлиненного интервала QT. J Электрокардиол. 1999; 32 Приложение: 177-84.[PubMed: 10688323]
    12.
    Varró A, Baczkó I. Резерв реполяризации желудочков сердца: принцип понимания проаритмического риска, связанного с приемом лекарств. Бр Дж. Фармакол. 2011 сен; 164 (1): 14–36. [Бесплатная статья PMC: PMC3171857] [PubMed: 21545574]
    13.
    Аль-Акчар М., Сиддик М.С. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 19 июля 2021 г. Синдром удлиненного интервала QT. [PubMed: 28722890]
    14.
    Чен Л., Сэмпсон К.Дж., Касс Р.С. Калиевые каналы замедленного выпрямления сердца в норме и при болезнях.Карта Электрофизиол клин. 2016 июнь;8(2):307-22. [Бесплатная статья PMC: PMC4893812] [PubMed: 27261823]
    15.
    Weiss JN, Garfinkel A, Karagueuzian HS, Nguyen TP, Olcese R, Chen PS, Qu Z. Перспектива: основанная на динамике классификация желудочковых аритмий. Дж Мол Селл Кардиол. 2015 Май; 82: 136-52. [Бесплатная статья PMC: PMC4405495] [PubMed: 25769672]
    16.
    Анцелевич С. Реполяризация сердца. Длинное и короткое из этого. Европас. 2005 Сентябрь; 7 Приложение 2: 3-9. [Бесплатная статья PMC: PMC1473216] [PubMed: 16102498]

    Измерение отклика контура управления источника питания с помощью осциллографа

    Большинство источников питания и регуляторов предназначены для поддержания постоянного напряжения в указанном диапазоне тока.Для достижения этой цели они, по сути, представляют собой усилители с замкнутой обратной связью. Идеальный источник питания должен быстро реагировать и поддерживать постоянную мощность, но без чрезмерного звона или колебаний. Измерения контура управления помогают определить, как источник питания реагирует на изменения условий выходной нагрузки.

    Хотя анализ частотной характеристики можно выполнять с помощью специального оборудования, для измерения характеристики контура управления источником питания можно использовать более новые осциллографы.Используя осциллограф, источник сигнала и программное обеспечение для автоматизации, можно быстро проводить измерения и представлять их в виде знакомых графиков Боде, что упрощает оценку запасов и сравнение характеристик схемы с моделями. График Боде отображает частотную характеристику системы с помощью двух графиков — графика амплитуды и графика фазы (фазовый сдвиг в градусах). По этим графикам можно определить запасы по коэффициенту усиления и запасы по фазе для измерения стабильности источника питания.

    Из этого руководства по применению вы узнаете:

    • Обзор основ контуров управления, анализа частотных характеристик и графиков Боде
    • Обзор запасов по усилению и фазе
    • Как настроить анализ отклика контура управления на осциллографе
    • Как интерпретировать графики частотной характеристики и измерения

    В этих указаниях по применению используется осциллограф MSO серии 5 с опцией 5-PWR Advanced Power Measurement and Analysis для демонстрации принципов построения графиков Боде.MSO серии 4 и MSO серии 6 имеют аналогичные параметры анализа мощности с аналогичными возможностями. Органы управления этих трех инструментов очень похожи, поэтому данное руководство по применению может помочь понять применение любого из этих трех осциллографов в анализе частотных характеристик.

    Введение в анализ частотных характеристик

    Частотная характеристика системы — это частотно-зависимая функция, которая выражает то, как опорный сигнал (обычно синусоидальной формы) определенной частоты на входе системы (возбуждение) передается через систему.

    Обобщенный контур управления показан на рисунке 1, в котором синусоида a(t) применяется к системе с передаточной функцией G(s). После того, как переходные процессы, вызванные начальными условиями, затухают, выходной сигнал b(t) становится синусоидой, но с другой величиной B и относительной фазой ω. Величина и фаза выходного сигнала b(t) фактически связаны с передаточной функцией G(s) на частоте (Ом рад/с) входной синусоиды. Коэффициент обратной связи «k» определяет, как формируется входной сигнал в зависимости от нагрузки на выходе.

    Рис. 1. Обобщенный контур управления с передаточной функцией G(s).

    Здесь B/A = |G(jω)| — коэффициент усиления при ω, а Φ = ∠G(jω) — фаза при ω.

    Фигура 2.

    Чтобы понять поведение системы, входной синусоидальный сигнал проходит через диапазон частот с различной амплитудой (амплитудами). Это помогает представить усиление и фазовый сдвиг контура в диапазоне частот и предоставляет ценную информацию о скорости контура управления и стабильности источника питания.Последовательно измеряя усиление и фазу на различных частотах, можно построить график зависимости усиления и фазы от частоты. Используя логарифмическую шкалу частот, графики могут охватывать очень широкий частотный диапазон. Эти графики часто называют графиками Боде из-за их использования в методах проектирования систем управления, впервые предложенных Хендриком Уэйдом Боде. Сам Боде сказал в своей статье 1940 года в Техническом журнале Bell System «Взаимосвязь между затуханием и фазой в конструкции усилителя с обратной связью»:

    Инженер, берущийся за разработку усилителя с обратной связью, должен испытывать смешанные чувства.С одной стороны, он может радоваться улучшениям характеристик структуры, которые обратная связь обещает закрепить за ним. С другой стороны, он знает, что если он не сможет окончательно отрегулировать фазу и характеристики затухания в контуре обратной связи, чтобы усилитель не начал спонтанно неконтролируемо петь, ни одно из этих преимуществ не может быть реализовано.

    При проектировании блока питания измерения контура управления помогают определить, как блок питания реагирует на изменения условий выходной нагрузки, изменения входного напряжения, изменения температуры и т. д.Идеальный источник питания должен быстро реагировать и поддерживать постоянную мощность, но без чрезмерного звона или колебаний. Обычно это достигается за счет управления быстрым переключением компонентов (обычно МОП-транзисторов) между источником питания и нагрузкой. Чем дольше переключатель находится во включенном состоянии по сравнению со временем выключения, тем выше мощность, подаваемая на нагрузку.

    Нестабильный источник питания или регулятор могут колебаться, что приводит к очень большим кажущимся пульсациям в полосе пропускания контура управления. Эти колебания также могут вызвать проблемы с электромагнитными помехами.

    Запас по усилению и запас по фазе

    Нестабильность возникает, когда контур имеет положительное усиление (≥1) при приближении фазового сдвига к –180°. В этих условиях петля будет испытывать положительную обратную связь и станет нестабильной. Графики Боде показывают усиление и фазу в одной и той же шкале частот и позволяют увидеть, насколько вы близки к этой нежелательной ситуации. Два измерения, взятые из графика Боде, измеряют запас прочности в контуре управления источником питания: запас по фазе и запас по усилению.

    Рисунок 3.Запас по усилению измеряется на частоте, на которой фаза падает до –180. Запас по фазе измеряется на частоте, на которой усиление падает до 0 дБ (когда амплитуда выходного сигнала равна амплитуде входного сигнала).

    Как отмечалось выше, график Боде состоит из графиков усиления и фазы в зависимости от частоты. График усиления рассчитывается для указанного диапазона сканирования как:

    , где V IN — это стимулирующее напряжение, подаваемое на обратную связь контура управления, а V OUT — отклик контура в каждой из многих точек полосы.

    Фазовый график представляет собой разность фаз между V IN и V OUT на каждой частоте в полосе частот сканирования. Если измеренная фаза больше 180°, то на графике фазовый угол равен измеренной фазе –360°. Если измеренная фаза меньше –180°, то на графике отображается измеренная фаза +360°.

    Измерения фазы и коэффициента усиления основаны на этих графиках. Формула запаса по фазе (PM):

    PM = Φ – (–180°)

    , где Φ — отставание по фазе, измеренное при усилении 0 дБ.

    Запас по фазе (PM) указывает, насколько далеко система находится от нестабильности (–180° и единичное усиление) в градусах фазы. Он представляет собой величину фазового сдвига, которую контур может выдержать, когда усиление приближается к 0 дБ (единичное усиление). Другими словами, запас по фазе описывает величину фазового сдвига, которую можно увеличить или уменьшить, не делая систему нестабильной. Обычно выражается в градусах. Чем больше запас по фазе, тем выше будет устойчивость системы.

    Мы можем прочитать запас по фазе на графике Боде, рассчитав расстояние по вертикали между фазовой кривой (на графике фазы Боде) и осью x на частоте, где график амплитуды Боде = 0 дБ.Эта точка известна как частота кроссовера усиления. Запас по усилению показывает, насколько система удалена от –180° и единичного усиления в единицах усиления в дБ. Это количество усиления, которое можно было бы добавить до достижения 0 дБ, когда фазовый сдвиг = –180°. Запас усиления описывает величину усиления, которую можно увеличить или уменьшить, не делая систему нестабильной. Чем больше запас по усилению (GM), тем выше стабильность системы.

    Запас усиления (GM) рассчитывается по формуле:

    GM = 0 – G дБ

    , где G — коэффициент усиления, измеренный при фазовом сдвиге, равном 0°.

    Мы можем прочитать запас усиления непосредственно по графику Боде, рассчитав расстояние по вертикали между кривой магнитуды (на графике амплитуды Боде) и осью x на частоте, где фазовый график Боде = 180°. Эта точка известна как частота фазового кроссовера. В примере, показанном на графике выше, коэффициент усиления (G) на частоте кроссовера равен –20. Следовательно, используя нашу формулу для запаса по усилению, запас по усилению равен 0 – (–20 дБ) = 20 дБ, а петля стабильна.

    Короче говоря, поддержание достаточного запаса по фазе и коэффициенту усиления в контуре управления гарантирует, что источник питания не будет работать слишком близко к нестабильности.

    Измерения с помощью осциллографа с использованием автоматического анализа частотной характеристики

    Измеряя фактическое усиление и фазу цепи в диапазоне частот, мы можем быть уверены в стабильности конструкции — больше, чем полагаться только на моделирование.

    Выполнение измерения отклика контура управления требует, чтобы пользователь вводил стимул в диапазоне частот в тракт обратной связи контура управления. Используя осциллограф, источник сигнала и программное обеспечение для автоматизации, можно быстро проводить измерения и представлять их в виде знакомых графиков Боде, что упрощает оценку запасов и сравнение характеристик схемы с моделями.

    ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ РЕАКЦИИ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ
    Рис. 4. Система на основе осциллографа для измерения отклика контура управления включает в себя программное обеспечение для измерения, генератор функций (встроенный в приведенный выше осциллограф), инжекторный/развязывающий трансформатор, инжекторный резистор и два пассивных пробника с малым затуханием.

    Осциллографы MSO серий 4, 5 или 6 могут быть оснащены программным обеспечением Advanced Power Measurement and Analysis (4/5/6-PWR). Это прикладное программное обеспечение включает в себя несколько измерений частотной характеристики, в том числе:

    • Ответ контура управления
    • Коэффициент отклонения источника питания (PSRR)
    • Импеданс

    В этом примечании по применению мы сосредоточимся на измерениях отклика контура управления.Для определения измерений контура управления программное обеспечение для анализа выполняет следующие важные функции:

    • Управляет генератором функций
    • Вычисляет и строит коэффициент усиления (20 Log V OUT /V IN ) на основе двух входов напряжения, где V IN — напряжение стимула от функционального генератора
    • Вычисляет и строит фазовый сдвиг между V IN и V OUT на основе двух входов напряжения
    • Вычисляет запас по усилению и фазе
    Рисунок 5.Измерения в прикладном программном обеспечении Advanced Power Measurements and Analysis (4/5/6-PWR).

    Два щупа, подключенные к маломощному инжекторному резистору, предоставляют всю информацию, необходимую программному обеспечению для анализа. Он измеряет амплитуды стимула и отклика для расчета усиления и измеряет фазовую задержку между стимулом и ответом.

    Для измерения отклика энергосистемы известный сигнал должен быть введен в контур обратной связи. Некоторые осциллографы Tektronix имеют встроенные источники сигналов, которые можно использовать для ввода сигнала в обратную связь контура через разделительный трансформатор.В этом примере опция генератора сигналов произвольной формы (AFG) в серии 5 используется для генерации синусоидальных сигналов в заданном диапазоне частот. Преобразователь постоянного тока или LDO должен быть сконфигурирован с небольшим (5–10 Ом) инжекционным резистором/согласующим резистором в контуре обратной связи, чтобы сигнал помехи от функционального генератора мог быть введен в контур. Чтобы избежать перегрузки контура управления, амплитуда сигнала инжекции должна быть низкой.

    Инжекторный трансформатор с плоской характеристикой в ​​широкой полосе пропускания подключается через инжекторный резистор и изолирует заземленный источник сигнала от источника питания.Выбор инжекционного трансформатора зависит от интересующих частот. Инжекторный трансформатор Picotest J2101A имеет диапазон частот от 10 Гц до 45 МГц, что хорошо согласуется с опцией функционального генератора для MSO серии 4/5. Picotest также предлагает инжекторный трансформатор J2100A для использования в диапазоне частот от 1 Гц до 5 МГц.

    Для измерения напряжения рекомендуются пассивные пробники с малой емкостью и малым затуханием, такие как TPP0502. Низкое затухание пробника обеспечивает хорошую чувствительность.Двукратное затухание TPP0502 позволяет выполнять измерения с вертикальной чувствительностью 500 мкВ/дел для осциллографов серии 6 и 1 мВ/дел для осциллографов серии 4 или 5. Низкая емкость 12,7 пФ сводит к минимуму влияние нагрузки на пробник.

    ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ АЧХ

    После правильного подключения тестируемого устройства необходимо настроить развертку входного сигнала. На рис. 6 показано меню настройки.

    Рисунок 6. Меню настройки отклика контура управления позволяет указать входные каналы, параметры развертки и метод частотного анализа.

    Количество точек на графике Боде определяется количеством точек за декаду, начальной частотой и конечной частотой (значение точек за декаду по умолчанию равно 10, максимум 100).

    Количество частотных точек рассчитывается как:

    Количество точек частоты = ppd(log(f STOP ) – log(f start ))

    Например, если количество точек в декаде равно 10, начальная частота равна 100 Гц, а конечная частота равна 10 МГц:

    Количество частотных точек = 10 (log(10 7 ) – log(10 2 )) = 50 точек

    Метод анализа относится к методу, используемому для измерения частотной характеристики.Метод анализа по умолчанию использует Spectrum View в 4, 5 и 6 сериях. В этом методе используются цифровые понижающие преобразователи, встроенные в каждый канал этих осциллографов. Он обеспечивает гибкое управление полосой разрешения (RBW) и, следовательно, разрешением по частоте (обычно в мГц) по сравнению с традиционным методом БПФ. Рекомендуется использовать метод Spectrum View, но в качестве альтернативы по-прежнему доступен метод FFT.

    Метод Spectrum View обеспечивает более точное управление разрешением по частоте, чем традиционный БПФ.Настройка измерения включает возможность использования «Auto RBW» (рис. 6), которая помогает в полной мере использовать эту гибкость и разрешение.

    Регулятор Auto RBW указывает прибору автоматически регулировать ключевые параметры просмотра спектра, такие как ширина полосы разрешения (RBW), центральная частота (CF) и полоса обзора, динамически на основе постепенно изменяемых частот. Это помогает сбалансировать RBW и полосу обзора по частотам и обеспечить стабильные и воспроизводимые результаты измерений.

    В таблице 1 показано, как Auto RBW регулирует RBW и Span для достижения оптимальных результатов для графиков Боде от 1 Гц до 10 МГц и выше.

    Таблица 1. Режим Auto RBW регулирует полосу пропускания и полосу пропускания по всей диаграмме Боде для получения оптимальных результатов. Рис. 7. Можно настроить профиль амплитуды для улучшения отношения сигнал-шум.

    Программное обеспечение 4/5/6-PWR поддерживает свипирование с постоянной амплитудой и амплитудой профиля.

    • Развертка с постоянной амплитудой поддерживает одинаковую амплитуду на всех частотах. Начальная и конечная частота, амплитуда и количество точек за декаду определяют развертку.
    • Развертка профиля позволяет указать различные амплитуды в определяемых вами полосах частот.Это позволяет улучшить SNR (отношение сигнал/шум). Например, вы можете проводить испытания при более низких амплитудах на частотах, где ИУ чувствительно к искажениям, и при более высоких амплитудах, где оно менее чувствительно.
    ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

    Чтобы начать тест, нажмите кнопку Run на передней панели. Начнется измерение, и на дисплее появятся кривые фазы и усиления. Как только зеленая кривая усиления пересекает линию 0 дБ, отобразится запас по фазе.Когда красная кривая пересекает порог 0°, отображается запас усиления.

    Рис. 8. Усиление и фаза в зависимости от частоты, запас по усилению и запас по фазе, измеренные на осциллографе серии 5 MSO.

    На рис. 8 показаны графики усиления и фазы для осциллографа MSO серии 5 со следующими настройками для измерения регулятора в точке нагрузки:

    Рисунок 9. График Боде (вверху справа) с диапазоном развертки от 10 Гц до 20 МГц. Окна просмотра спектра находятся слева. Эти измерения были сделаны на MSO серии 5.Рисунок 10. Курсоры указывают усиление и фазу на определенных частотах, а также разницу между точками

    Результирующие графики Боде и измерения показывают:

    • Частота по оси абсцисс в логарифмическом масштабе
    • Усиление (зеленая кривая) нанесено по оси Y со шкалой слева. Он указывается в дБ и рассчитывается как 20 log (Vout/Vin).
    • Фаза между стимулом и реакцией (красная кривая) нанесена по оси Y со шкалой справа. Он дается в градусах и нанесен на линейную шкалу.
    • Окна Spectrum View настроены для входных и выходных каналов.

    Запасы по усилению и фазе представлены «значками» справа. Для примера, показанного на рис. 8, запас по усилению составляет 53 дБ, а запас по фазе — 43°. Как показано на рисунке 10, курсоры могут использоваться на графиках Боде для указания усиления и фазы на любой частоте. Также отображается разница между двумя курсорами. Возможность быстро снимать измерения помогает ускорить отладку.

    Резюме

    Большинство источников питания и стабилизаторов напряжения по сути являются усилителями с замкнутой обратной связью.Измерения контура управления помогают убедиться, что конструкция источника питания реагирует на изменения условий выходной нагрузки без чрезмерного звона или колебаний.

    Анализ частотной характеристики может выполняться с помощью специального оборудования; однако для измерения отклика контура управления источником питания можно использовать более новые осциллографы. Осциллографы MSO серий 4, 5 и 6 могут быть сконфигурированы со встроенными генераторами функций, что еще больше снижает потребность в специализированном оборудовании и устраняет необходимость в анализаторах частотных характеристик или векторных анализаторах цепей.

    С помощью осциллографа, источника сигнала и автоматизированного программного обеспечения можно быстро проводить измерения и представлять их в виде знакомых графиков Боде, что упрощает оценку запасов и сравнение характеристик схемы с моделями.

    %PDF-1.7 % 716 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 716 120 0000000016 00000 н 0000003420 00000 н 0000003655 00000 н 0000003691 00000 н 0000003758 00000 н 0000004237 00000 н 0000004358 00000 н 0000004516 00000 н 0000004637 00000 н 0000004758 00000 н 0000004917 00000 н 0000005037 00000 н 0000005159 00000 н 0000005281 00000 н 0000005403 00000 н 0000005525 00000 н 0000005647 00000 н 0000005769 00000 н 0000005889 00000 н 0000006009 00000 н 0000006131 00000 н 0000006253 00000 н 0000006373 00000 н 0000006493 00000 н 0000006616 00000 н 0000006739 00000 н 0000006860 00000 н 0000006981 00000 н 0000007100 00000 н 0000007220 00000 н 0000007341 00000 н 0000007460 00000 н 0000007583 00000 н 0000007706 00000 н 0000007829 00000 н 0000007952 00000 н 0000008075 00000 н 0000008196 00000 н 0000008314 00000 н 0000008435 00000 н 0000008493 00000 н 0000008581 00000 н 0000008663 00000 н 0000008697 00000 н 0000016352 00000 н 0000016908 00000 н 0000017290 00000 н 0000017713 00000 н 0000018772 00000 н 0000019304 00000 н 0000019587 00000 н 0000019937 00000 н 0000020047 00000 н 0000028034 00000 н 0000028073 00000 н 0000028151 00000 н 0000029449 00000 н 0000036155 00000 н 0000036603 00000 н 0000036965 00000 н 0000037260 00000 н 0000037850 00000 н 0000039613 00000 н 0000041141 00000 н 0000041388 00000 н 0000041723 00000 н 0000041971 00000 н 0000042067 00000 н 0000043768 00000 н 0000043831 00000 н 0000044010 00000 н 0000048436 00000 н 0000048793 00000 н 0000049167 00000 н 0000049378 00000 н 0000049854 00000 н 0000050509 00000 н 0000050746 00000 н 0000051034 00000 н 0000052716 00000 н 0000054554 00000 н 0000056357 00000 н 0000058073 00000 н 0000058203 00000 н 0000059815 00000 н 0000061847 00000 н 0000078063 00000 н 0000124196 00000 н 0000158942 00000 н 0000159466 00000 н 0000159603 00000 н 0000160147 00000 н 0000160269 00000 н 0000200636 00000 н 0000200675 00000 н 0000200753 00000 н 0000200832 00000 н 0000200905 00000 н 0000200971 00000 н 0000201039 00000 н 0000201107 00000 н 0000201173 00000 н 0000201239 00000 н 0000201300 00000 н 0000201378 00000 н 0000201436 00000 н 0000201592 00000 н 0000201681 00000 н 0000201766 00000 н 0000201866 00000 н 0000201966 00000 н 0000202078 00000 н 0000202213 00000 н 0000202329 00000 н 0000202449 00000 н 0000202638 00000 н 0000202784 00000 н 0000202927 00000 н 0000203053 00000 н 0000002696 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 835 0 объект >поток xڄSMLAfi4e*He5EmZ DAaJUJ4=ᢆDH՟ƃovKAovfgoP `@7DÀ:

    ˶G-ȑΦMٹ.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.