Обзор существующих способов генерации сетки частот

Мамаева Сергея

Научные руководители:

Оглавление:

 

Введиние…………………………………………………………………………..

1 Техническое задание……………………………………………………………

1.1 Основание для разработки……………………………………………..

1.2 Источники разработки…………………………………………………..

1.3 Технические требования…………………………………………………

1.4 Конструктивно-технологические требования……………………………

1.5 Требования к надежности………………………………………………..

1.6 Экономические показатели………………………………………………

2 Обзор существующих способов генерации сетки частот……………………

3 Средства для разработки макета………………………………………………

3.1 Синтезатор 1508ПЛ9Т……………………………………………………

3.2 ПЛИС Altera FLEX10KA и САПР Quartus II…………………………….

3.3 Отладочная плата синтезатора 1508ПЛ9Т………………………….

3.4 Другие средства………………………………………………………

4 Разработка макета ………………………………………………………….

4.1 Анализ проектируемого модулятора MSK сигнала………………..

4.2 Техническая реализация макета……………………………………..

4.3 Разработка программы управления синтезатором 1508ПЛ9Т……..

4.4 Проверка программы………………………………………………….

5 Исследование различных режимов формирования сетки частот………..

5.1 Целочисленный режим………………………………………………..

5.2 Дробный режим, частота ФД 100 МГц ………………………………

5.3 Целочисленный режим с гетеродинированием сигнала…………….

6 Организационно экономическая часть……………………………………..

7 Экологичность и безопасность проекта…………………………………….

Заключение………………………………………………………………………

Перечень принятых сокращений……………………………………………….

Список используемой литературы……………………………………………..

Введение

Спутниковые системы радиосвязи имеют ведущую роль в формировании единого информационного пространства. В первую очередь они необходимы для обеспечения глобальной связи в удаленных или труднодоступных регионах. Постоянно растущий объем передачи информации и как следствия роста количества сетей приводит к проблеме нехватки свободных частот. Решение данной проблемы достигается использованием модуляции с узкой полосой спектра радио сигнала, увеличения скорости передачи информации и множественный доступ с частотным и временным разделением. Особую роль при формировании сетки опорных частот систем радиосвязи занимают синтезаторы частот (СЧ) или, как их называют в более развернутом виде, системы синтеза (формирования) дискретного множества частот. Данная популярность обусловлена высокой точностью формирования сигнала не только по частоте, но и по фазе. Поэтому, эти устройства используются в составе с кварцевыми генераторами как источники опорного колебания. Уровень фазовых шумов - основной показатель качества такого источника, и наиболее приоритетной задачей инженера при создании систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) является их уменьшение. Также, данные микросхемы различаются по встроенному функционалу изменения, формирования частоты и способу управления. Большинство управляется цифровыми кодами по стандартам распространенных интерфейсов, что обеспечивает совместимость с микроконтроллерами (МК) и программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС).

На данный момент, зарубежный рынок по отношению к отечественному производителю, предоставляет широкий спектр синтезаторов ФАПЧ высокого качества. В целях военной промышленности необходимо производить импортозамещение таких микросхем. Отечественный синтезатор частоты с ФАПЧ 1508ПЛ9Т обладает достаточно низким уровнем фазовых шумов для выполнения данной задачи. Предполагается разобрать три варианта реализации синтезатора ФАПЧ с целью формирования сетки частот с заданными параметрами, сравнить шумовые характеристики и по результатам выбрать наиболее подходящий. Это необходимо для модернизации информационного канала спутниковой системы связи, посредством замены модулятора MSK сигнала с целью повышения скорости передачи информации и перевод устройства на отечественную элементную базу. Для этого были выбраны два отечественных синтезатора: 1508ПЛ8Т - это синтезатор прямого синтеза, который формирует MSK сигнал на частоте порядка 100 МГц; 1508ПЛ9Т (микросхема ФАПЧ) формирует опорные колебания и несущую частоту, с помощью которой спектр модулированного сигнала переносят в рабочий диапазон.

Предложенные синтезаторы предоставляют широкий функционал по настройке и управлению. В составе модулятора предполагается использовать несколько микросхем ФАПЧ, последовательный интерфейс SPI включает возможность соединения каскадным способом устройств, тем самым позволяя экономить порты устройства управления (ПЛИС). Маленький размер по отношению к текущему модулятору обеспечивает размещение компонентов по стандарту одной ячейки. Используя современные интерфейсы, предполагается создать систему с управлением от одного блока ПК, в которую включаются протоколы отладки, запуска и рабочего режимов.

ТЕХНИЧЕСКОе ЗАДАНИе

Основание для разработки

Основанием для разработки является задание на дипломное проектирование: Разработка макета устройства формирования сетки несущих частот S – диапазона, управляемого ПЛИС на отечественном синтезаторе частот 1508ПЛ9Т, в составе ФАПЧ.

 

Источники разработки

Макет разрабатывается с целью оценки предложенных схемных решений с последующей модернизацией уже имеющийся спутниковой системы связи.

1.3 Технические требования

Разрабатываемый макет должен иметь следующие параметры:

– диапазон частот: 3023–3083 МГц;

– шаг перестройки: 4 МГц;

– число рабочих каналов: 16;

– опорная частота: 10 МГц;

– допустимый уровень фазовых шумов при отстройке на 10 кГц от несущей: не более минус 100дБ/Гц;

 

1.4 Конструктивно – технологические требования

Материалы и комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

Конструкция изделия должна обеспечивать сборку при изготовлении без создания и применения специального оборудования. Допускается применение специальных приспособлений.

Габариты устройства – не заданы.

 

Требования к надежности

Наработка на отказ устройства в нормальных условиях эксплуатации не задана.

 

Экономические показатели

Тип производства – мелкосерийное.

 

Синтезатор 1508ПЛ9Т

Синтезатор 1508ПЛ9Т обладает следующими характеристиками:

· Входная частота до 4,5 ГГц

· Нормированный уровень фазовых шумов -230 дБн/Гц

· Нормированный уровень фликкер шумов -122 дБн/Гц

· Частота работы фазового детектора не более 100 МГц

· Типовая потребляемая мощность не более 130 мВт

· Коэффициенты деления предделителя 4/5, 8/9, 16/17 и 32/33

· Режимы работы с целочисленным и дробным коэффициентом деления

· Устройство рандомизации помех дробности

· Последовательный порт управления SPI

· Возможность управления коэффициентом деления по параллельной шине

· Корпус LQFP-48

(техническое описание 1508ПЛ9Т: http://multicore.ru/index.php?id=656)

Диапазон рабочих частот описанного синтезатора включает требуемый по заданию. Исходя из представленных графиков в техническом описании (рис.1) уровень фазовых шумов при использовании прецизионного термостатированного высокостабильного опорного генератора при отстройке 10 кГц около -110 дБ/Гц.

 

Рис. 5 Спектрограмма фазовых шумов синтезатора 1508ПЛ9Т представленная в техническом описании, ГУН ROS3080 Fin=2.9 ГГц, ЧФД=10 МГц

Синтезатор 1508ПЛ9Т имеет два интерфейса управления, параллельный при использовании ограниченного функционалу режима «DIRECT» и последовательный SPI. Для формирования сетки частот необходимо изменять регистры управления INT, R, FRAC и MOD. Данные константы формируют выходную частоту по приближенной формуле:

где:

– выходная частота ГУН (на входе INP/INM); – частота опорного сигнала (на входе REF); INT – 17-бит целая часть коэффициента деления входной частоты; FRAC – 16-бит числитель дробной части коэффициента деления входной частоты (0,если SDM выключен); MOD – 16-бит знаменатель дробной части коэффициента деления входной частоты;

R – 14-бит коэффициент деления опорной частоты

Так же, необходимо задавать параметры служебных регистров настройки. Управление по интерфейсу SPI включает полный функционал работы синтезатора. Таблица регистров управления синтезатора 1508ПЛ9Т:

Таблица 1.1

 

Первые 3 бита являются адресными, всего 8 регистров. Первые 4 – константы формирования выходной частоты, остальные настраивают работу фазового детектора, СДМ (сигма-дельта модулятор.), полярность ГУН и др.

Целочисленный коэффициент деления INT имеет ограничения относительно входной частоты ОС. Он построен на основе высокочастотного предделителя PRE и относительно низкочастотного делителя DIVNM, который управляет коэффициентом деления предделителя: P/P+1. Базовый коэффициент деления предделителя P задается параметром PRE[1:0] и должен выбираться так, чтобы обеспечить работу делителя DIVNM на частоте не более 300 МГц.

Рис. 6 Таблица соотношения диапазона целочисленного коэффициента деления и коэффициентов предделителя.

Выбор порядка СДМ

Устройство рандомизации помех дробности позволяет убрать дискретные составляющие из спектра выходного сигнала посредством переключения ДДПКД по псевдослучайному закону. При этом, уровень фазовых шумов уменьшается, но среднее значение шумов в полосе соответствующей частоте повторения псевдослучайной последовательности (ПСП) остается прежним. При использовании дробного коэффициента деления необходимо выбрать порядок СДМ. Для этого необходимо провести практический сравнительный анализ его режимов. На рисунке 5 и 6 представлены спектрограммы сумм амплитудных и фазовых шумов с различным порядком СДМ.

Развертка 3 МГц 1 порядок СДМ Развертка 15 МГц 1 порядок СДМ

Развертка 3 МГц 2 порядок СДМ Развертка 15 МГц 2 порядок СДМ

Развертка 3 МГц 3 порядок СДМ Развертка 15 МГц 3 порядок СДМ

Развертка 3 МГц 4 порядок СДМ Развертка 15 МГц 4 порядок СДМ

Развертка 3 МГц 5 порядок СДМ Развертка 15 МГц 5 порядок СДМ

Рис. 7 Спектрограммы зависимостей шумов синтезатора 1508ПЛ9Т от порядка СДМ при развертке 3 и 15 МГц, спектроанализатор Agilent E4440A

Исходя из представленных спектрограмм (Рис. 7), при заданной конфигурации составных устройств ФАПЧ, первый порядок СДМ имеет наименьший уровень фазовых шумов. Маркерами указываются наиболее характерные частоты спектра.

 

Другие средства

Логический анализатор Agilent 16822A - необходим для проверки управляющих команд ПЛИС; ГУН ROS3000–819 – формирует выходную частоту, управляется синтезатором; Кварцевый генератор VCO1-B3B – источник опорного колебания; Акт. НЧ фильтр ОУ OP 184 F – фильтр НЧ сглаживает импульсы ФД.

Разработка макета

Проверка программы

Для проверки корректности работы программы используется логический анализатор Agilent. Скорость перезаписи регистров не указана в техническом задании, поэтому выбираем 100 кб. Тогда скорость отправки слова 240 мкс. На рис. 22 представлена логическая диаграмма работы программы, поле «Bus 1[0]» CLK – тактовые импульсы, «Bus 1[1]» SCSN – выборка устройства, «Bus 1[2]» MISO – информационные биты. Считывание информационных битов происходит по переднему фронту тактовых импульсов «CLK». При управлении выводом «SCSN», необходимо останавливать тактовые импульсы до смены уровня (Рис. 23). Полный текст программы представлен в приложении 1.

 

Рис. 22 Логическая диаграмма программы протокола «SPI», отладочная плата DE0-Nano, ПЛИС Cyclone 4, логический анализатор Agilent 16822A

 

Рис. 23 Диаграмма протокола SPI из технического описания синтезатора

Исходя из полученных результатов, средствами ПЛИС удалось реализовать данный протокол.

Целочисленный режим

 

 

Рис. 24 Функциональная схема ФАПЧ, целочисленный режим

На рисунке 24 представлена функциональная схема ФАПЧ. Управление осуществляется внешним устройством, которое формирует команды (регистры управления). В данном случае, целочисленный коэффициент деления, имеет значение суммы 3023 и константы формирования сетки частот через 4 МГц. Таким образом, разделив выходную частоту на себя, получаем ЧФД 1 МГц.

Измерения проводятся на двух частотах соответствующим крайним значениям диапазона сетки частот синтезатора 3023 и 3083 МГц. Маркерами указываются наиболее характерные частоты спектра.

Рис.25 Амплитудные спектры синтезатора 1508ПЛ9Т; целочисленный режим,

ЧФД 1МГц, частоты 3023 и 3083МГц; развертка 100МГц и 10МГц

Анализируя амплитудные спектры целочисленного режима синтезатора с частотой ФД 1 МГц, можно заметить характерный подъем уровня шума при отстройке соответствующей частоте ФД на + 22 дБ. Данный результат возникает в следствии делении частоты на большие числа: 100 и 3023.

 

Рис. 26 Спектр фазовых шумов; частота 3023 МГц, ЧФД 1 МГЦ

 

Рис. 27 Спектр фазовых шумов; частота 3083 МГц, ЧФД 1 МГЦ

 

При отстройке частоты 10 кГц от несущей, уровень фазовых шумов -83 дБ (рис. 26;27), что является не допустимой величиной шумов по Т.З. Таким образом использование данного режима схемы ФАПЧ не обеспечит заданных требований в формировании как амплитудного, так и фазового спектров.

Анализ результатов

Применение целочисленного деления с частотой ФД 1 МГц не выполняет заданных требований технического задания. Подъем фазовых шумов в полосе частот ФД повлечет появление ошибочных символов из-за уменьшения отношения сигнал шум.

Режим дробного деления обеспечивает необходимые требования ТЗ. Однако, увеличение уровня шумов амплитудного спектра в полосе 70 кГц от несущей, на +32 дБ и наличие дискретных составляющих с уровнем -37 дБ является не желательным. При использовании данного режима необходимо включать в состав СДМ устройства рандомизации помех дробности, которое позволит убрать дискретные составляющие и усреднить их мощность в полосе соответствующей разрядности ПСП. Предполагается использование MSK модуляции имеющий ширину спектра порядка 20 МГц (отстройка 10 МГц от несущей) и увеличение шумов в данной полосе так же, приведет к уменьшению отношения сигнал шум и как следствие потере символов.

Подъем спектра фазовых шумов с максимумом на частоте 70 кГц воззван не оптимальными параметрами ФНЧ. Для уменьшения экстремума требуется увеличить порядок и изменить частоту среза фильтра. Реализация отладочной платы не позволяет менять данные параметры.

 

С другой стороны можно сделать заключение, что даже при не оптимальном режиме и с перестройкой частоты ГУН 2 – 3.1 ГГц отечественный синтезатор не уступает зарубежным аналогам в полосе низких частот.

Зависимости фазовых шумов, предоставленные в техническом описании, используют оптимальные параметры системы ФАПЧ. В этом случае микросхема 1508ПЛ9Т во всем рассматриваемом диапазоне спектра фазовых шумов имеет лучшие характеристики с величиной 8…10 Дб от ближайшего конкурента.

 

 

На рабочем месте

В соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты» [15] в электроустановках должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие защиту как от непосредственного прикосновения к токоведущим частям (прямого контакта), так и от косвенного прикосновения, т.е. соприкосновения с открытыми проводящими частями, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.

Защитой от прикосновения к таковедущим частям электроустановок (прямого контакта) являются:

– Изоляция проводов характеризуется ее сопротивлением. Высокое сопротивление проводов от земли и корпусов электроустановок создает безопасные условия для обслуживающего персонала.

– Ограждения применяются сплошные и сетчатые. Они призваны не допустить случайного прикосновения к токоведущим частям.

– Блокировка применяется в электроустановках в которых часто производятся работы на токоведущих частях. Она обеспечивает снятие напряжения с токоведущих частей электроустановок при прикосновении к ним без снятия напряжения.

Защитой человека от поражения током при прикосновении к токоведущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в результате аварии (косвенное прикосновение) являются:

– Компенсация ёмкостных токов утечки;

– Защитное заземление;

– Использование устройств защитного отключения (УЗО);

– Защитное отключение;

– Выравнивание потенциалов;

– Электрическое разделение сетей.

В данной работе будет рассмотрено устройство защитного отключения.

 

Общие сведения

Устройства защитного отключения, реагирующие на дифференциальный ток, наряду с устройствами защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания. В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

Из всех известных электрозащитных средств УЗО является единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к одной из токоведущих частей. Другим не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования. УЗО устанавливают в распределительных щитах жилых и общественных зданий, производственных помещений.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения. Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба − гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования.

Принцип действия УЗО

УЗО – быстродействующий автоматический выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Принцип действия УЗО [18, 19] дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов – дифференциального трансформатора тока. Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО – четырех) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной погрешностью, осуществляется электромагнитным путем – с помощью дифференциального трансформатора тока (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Дифференциальный трансформатор тока

 

Суммарный магнитный поток в сердечнике ΦΣ, пропорциональный разности токов i_L и i_N в проводниках, являющихся первичными обмотками трансформатора, наводит в его вторичной обмотке соответствующую ЭДС, под действием которой в цепи вторичной обмотки протекает ток i ∆, также пропорциональный разности первичных токов. К магнитопроводу трансформатора тока электромеханического УЗО предъявляются особые требования – он должен обладать высокой чувствительностью, линейными характеристиками намагничивания, стабильностью параметров по температуре и времени и т.д. По этой причине для изготовления магнитопроводов трансформаторов тока УЗО, используют специальное высококачественное аморфное (некристаллическое) железо. Основные блоки УЗО представлены на структурной схеме (рис.12.2).

Рис. 12.2. Структурная схема УЗО

 

1 – дифференциальный трансформатор тока; 2 – пороговый элемент; 3 – исполнительный механизм; 4 – цепь тестирования; 5 –силовые контакты; 6 – защитный контакт цепи тестирования; Т – кнопка «Тест»; R т – тестовый резистор; 1, 2, N – клеммы УЗО.

Пусковой орган (пороговый элемент) 2 представляет собой особо чувствительное (мощность 50…100 мкВт) магнитоэлектрическое реле прямого действия или электронную схему.

Исполнительное устройство 3 состоит из силовой контактной группы и механизма привода. В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока − тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода и образующим встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки I ₁= I ₂. I ₁– ток, протекающий по направлению к нагрузке, I ₂ – от нагрузки.

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁и Ф₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

Принцип действия УЗО поясняется на схеме электроустановки, приведенной на рис.12.3.

Рис. 12.3. Пример электрической схемы с применением УЗО

 

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприёмника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I ₁ протекает дополнительный ток – ток утечки I ∆, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

Неравенство токов в первичных обмотках (I ₁ + I ∆ в фазном проводнике) и (I ₂, равный I ₁, в нейтральном проводнике) вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока.

Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3.

Исполнительный механизм, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается.

Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4.При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно.

Типы УЗО

По техническому исполнению существующие виды УЗО классифицируются следующим образом [18, 19]:

1.По назначению:

– без встроенной защиты от сверхтоков;

– со встроенной защитой от сверхтоков.

2. По условию зависимости от напряжения:

– функционально не зависящие от напряжения;

– функционально зависящие от напряжения.

3. По положению силовых контактов и сохранению защитных функций при отсутствии напряжения:

– автоматически размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения и замыкающие их при восстановлении напряжения;

– автоматически размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения и не замыкающие их при восстановлении напряжения;

– устройства, не размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения, но сохраняющие свои защитные функции, т.е. способность разомкнуть силовую цепь при протекании дифференциального тока;

– устройства, не размыкающие силовые контакты при исчезновении напряжения и теряющие защитные функции, т.е. неспособные произвести отключение при протекании дифференциального тока.

4. По способу установки:

– для стационарной установки при неподвижной электропроводке;

– для подвижной установки (переносного типа) и шнурового присоединения.

5. По числу полюсов и токовых путей:

– двухполюсные с двумя защищенными полюсами;

– четырехполюсные с четырьмя защищенными полюсами.

6. По условиям функционирования при наличии составляющей постоянного тока:

– типа АС, реагирующие на переменный синусоидальный дифференциальный ток – медленно нарастающий, либо возникающий скачком;

– типа А, реагирующие как на переменный синусоидальный дифференциальный ток, так и на пульсирующий постоянный дифференциальный ток, медленно нарастающие, либо возникающие скачком;

– типа В, реагирующие на дифференциальные токи – синусоидальый переменный, пульсирующий постоянный, пульсирующий постоянный с наложенной сглаженной пульсацией постоянного тока значением 0,006 А – медленно нарастающие, либо возникающие скачком.

7. По наличию задержки по времени:

– без выдержки времени – общего применения;

– с выдержкой времени – типы S и G (селективные).

8. По характеристике мгновенного расцепления (для УЗО со встроенной защитой от сверхтоков):

– типа В;

– типа С;

– типа D.

Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по условию зависимости от напряжения на следующие два типа:

– функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования – выполнения защитных функций, включая операцию отключения, для устройства является сам сигнал – дифференциальный ток, на который оно реагирует;

– функционально зависящие от напряжения питания (электронные). Их механизм для выполнения операции отключения нуждается в энергии, получаемой либо от контролируемой сети, либо от внешнего источника.

Применение устройств, функционально зависящих от напряжения питания, ограничено. Основной причиной меньшего распространения таких устройств является их неработоспособность при часто встречающейся и наиболее опасной по условиям вероятности электропоражения неисправности электроустановки, а именно – при обрыве нулевого проводника в цепи до УЗО по направлению к источнику питания. В этом случае «электронное» УЗО, не имея питания, не функционирует, а на электроустановку по фазному проводнику выносится опасный для жизни человека потенциал. Второй причиной является меньшая надежность (вероятность выхода из строя какого-либо из большого количества электронных компонентов довольно высока), большая подверженность электронных схем воздействию внешних факторов – электромагнитных полей, импульсов тока и др.

Напротив, электромеханические устройства в рассмотренном аварийном режиме сохраняют работоспособность и при возникновении тока утечки, вызванного прикосновением человека, размыкают электрическую цепь и обеспечивают надежную защиту человека от поражения электрическим током.

Нормируемые параметры УЗО

Действующие в настоящее время стандарты на УЗО − ГОСТ Р 50807−95, ГОСТ Р 51326.1−99 (УЗО без встроенной защиты от сверхтоков) и ГОСТ Р 51327.1−99 (УЗО со встроенной защитой от сверхтоков) регламентируют следующие параметры УЗО:

Номинальное напряжение U_n − действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность УЗО.

U_n = 220; 380 В

Номинальный ток нагрузки I_n − значение тока, которое УЗО может пропускать в продолжительном режиме работы.

I_n = 6; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 125 А

Номинальный отключающий дифференциальный ток I∆n – значение дифференциального тока, которое вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

I ∆ n = 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,3; 0,5 А

Номинальный неотключающий дифференциальный ток

I ∆ n о – значение дифференциального тока, которое не вызывает отключение УЗО при заданных условиях эксплуатации.

I ∆ n 0 = 0,5 I ∆ n

Предельное значение неотключающего сверхтока I_nm − минимальное значение неотключающего сверхтока при симметричной нагрузке двух- и четырехполюсных УЗО или несимметричной нагрузке четырехполюсных УЗО.

I_nm = 6 I_n

Сверхток − любой ток, превышающий номинальный ток нагрузки.

Условия эксплуатации УЗО

Рассмотрим существующие стандарты и рекомендации, регулирующие использование УЗО при проектировании электрообеспечения помещений. Стандарты ГОСТ Р 51326.1-99 и ГОСТ Р 51327.1-99 [16,17] определяют следующие нормальные условия эксплуатации УЗО:

– температура окружающего воздуха от -5°С до +40°С, среднесуточное значение не более +35°С (хранение изделий допускается при температуре окружающего воздуха от -20°С до +60°С);

– высота места установки над уровнем моря не должна превышать 2000 м;

– относительная влажность воздуха не более 50% при температуре окружающего воздуха +40°С (увеличение возможно при меньших значениях температуры окружающего воздуха, например, до 90% при +20°С);

– внешние магнитные поля не должны превышать пятикратного значения магнитного поля Земли в любом направлении;

– частота – номинальное значение частоты ± 5%;

– искажение синусоидальной формы кривой – не более 5%.

Согласно ГОСТ Р 50571.3-94 (п. 413.1.3.2) необходимым условием нормального функционирования УЗО в электроустановке здания является отсутствие в зоне действия УЗО любых соединений нулевого рабочего проводника N с заземленными элементами электроустановки и нулевым защитным проводником.

Поскольку повреждение и старение изоляции возможны и в фазных, и в нулевом рабочем проводниках, а УЗО реагирует на утечку на землю с любого из них, на отходящих линиях следует устанавливать двух- и четырехполюсные автоматические выключатели. Только в этом случае возможно методом поочередного включения линий найти неисправную цепь, в том числе и цепь с утечкой с нулевого проводника без демонтажа вводно-распределительного устройства, а также возможно отключить неисправную цепь для обеспечения работы остальной части электроустановки.

Выбор УЗО

 

Итак, УЗО разделяют на типы:

– «АС», реагирующие на дифференциальный синусоидальный переменный ток;

– «А», реагирующие на синусоидальный переменный и пульсирующий постоянный дифференциальные токи;

– «В», реагирующие на синусоидальный переменный, пульсирующий постоянный и постоянный дифференциальные токи.

П. 7.1.78 ПУЭ 7-го издания гласит:

«В зданиях могут применяться УЗО типа «А», реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или «АС», реагирующие только на переменные токи утечки.

Выберем трёхфазную схему электроснабжения лабораторной комнаты

рис.12.4, в которой будут осуществляться испытания блока ЦАКП. При смешанной (одно- и трехфазной) нагрузке в данной схеме рекомендуется применение двух- и четырёхполюсных УЗО. Выберем УЗО, удовлетворяющее основным параметрам электропитания блока. Наиболее подходящим среди множества устройств является УЗО фирмы Siemens модели 5SM1342-6KK03, обладающее следующими параметрами:

1. Исполнение по типу тока утечки – тип «А»

2. Номинальный ток нагрузки Iн, А – 25

3. Номинальный отключающий дифференциальный ток I∆n,мА – 30

4. Параметры питающей сети – ~125-230/230-400В, 50-400 Гц

5. Количество полюсов – 4

 

 

 

Рис. 12.4 – Схема электроснабжения лабораторной комнаты

 

 

 

 

 

Заключение (выводы)

Перечень сокращений:

ФНЧ — фильтр нижних частот

ГУН — генератор управляемого напряжения

ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты

ФД – фазовый детектор

ЧФД – частота фазового детектора

ОС – обратная связь

СДМ – сигма-дельта модулятор

УРПД – устройство рандомизации помех дробности

ДДПКД – дробный делитель с переменным коэффициентом деления

ПСП — псевдослучайная последовательность

ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема

ЦСП (DSP) – цифровой сигнальный процессор

САПР – система автоматического проектирования

БМК – базовый матричный кристалл

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

РПЗУ – репрограммируемое постоянное запоминающее устройство

УЗО – устройство защитного отключения

ОУ – операционный усилитель

СВЧ – сверхвысокие частоты

ШД – шина данных

ЛБ,ЛЭ – логический блок, логический элемент

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ОЗУ – оперативно запоминающее устройство

САПР – система автоматического проектирования

Мамаева Сергея

Научные руководители:

Оглавление:

 

Введиние…………………………………………………………………………..

1 Техническое задание……………………………………………………………

1.1 Основание для разработки……………………………………………..

1.2 Источники разработки…………………………………………………..

1.3 Технические требования…………………………………………………

1.4 Конструктивно-технологические требования……………………………

1.5 Требования к надежности………………………………………………..

1.6 Экономические показатели………………………………………………

2 Обзор существующих способов генерации сетки частот……………………

3 Средства для разработки макета………………………………………………

3.1 Синтезатор 1508ПЛ9Т……………………………………………………

3.2 ПЛИС Altera FLEX10KA и САПР Quartus II…………………………….

3.3 Отладочная плата синтезатора 1508ПЛ9Т………………………….

3.4 Другие средства………………………………………………………

4 Разработка макета ………………………………………………………….

4.1 Анализ проектируемого модулятора MSK сигнала………………..

4.2 Техническая реализация макета……………………………………..

4.3 Разработка программы управления синтезатором 1508ПЛ9Т……..

4.4 Проверка программы………………………………………………….

5 Исследование различных режимов формирования сетки частот………..

5.1 Целочисленный режим………………………………………………..

5.2 Дробный режим, частота ФД 100 МГц ………………………………

5.3 Целочисленный режим с гетеродинированием сигнала…………….

6 Организационно экономическая часть……………………………………..

7 Экологичность и безопасность проекта…………………………………….

Заключение………………………………………………………………………